專利名稱：用于燃料電池中水和/或燃料處理的芯吸結構的制作方法
本申請要求2001年6月29日申請的美國專利申請?zhí)?9/897782的利益，其公開的內容可引入供作參考。
本發(fā)明涉及其中所述液體燃料在陽極直接被氧化的液體燃料電池，具體地說，它涉及在直接甲醇燃料電池中用來收集排出的水的位于或鄰近于陰極的芯吸結構，和用來調節(jié)或輸送液體燃料/水的混合物到所述陽極的位于或鄰近于陽極的芯吸結構。本發(fā)明還涉及一種用來輸送回收的水到一種燃料電池或一種微型燃料電池轉化器中的水回收和再循環(huán)系統(tǒng)。
很寬范圍的反應物可以預期用于固體聚合物燃料電池中，這類反應物可以氣態(tài)或液態(tài)物流形式進行輸送。所述氧化劑物流可為基本純的氧氣，但是優(yōu)選是使用一種稀釋的氧物流如基于空氣的物流。所述燃料物流可為基本純的氫氣，或一種液態(tài)有機燃料混合物。采用一種液態(tài)燃料物流進行操作的燃料電池(其中所述燃料在陽極發(fā)生電化學反應(直接被氧化))，稱為直接液體進料燃料電池。
直接甲醇燃料電池(“DMFC”)，是直接液體進料燃料電池中的一種，其中，所述燃料(液體甲醇)在所述陽極直接被氧化。發(fā)生下列反應陽極陰極氫離子(H+)流過所述膜并與氧和所述陰極上電子化合產生水。電子(e-)不能流過所述膜，因而經由一個外部電路從所述陽極流到所述陰極，驅動一個可消耗由所述電池產生的電能的電負載。在所述陽極和陰極的反應產物分別為二氧化碳(CO2)和水(H2O)。由一個單電池形成的斷路電壓約為0.7伏。數(shù)個直接甲醇燃料電池串聯(lián)堆積在一起，可得到更高的電壓。
除了甲醇之外，其它液體燃料也可用于直接液體燃料電池之中—即其它簡單醇類，如乙醇，或二甲氧基甲烷、三甲氧基甲烷和甲酸。而且，所述氧化劑可以一種具有高的氧濃度的有機液體形式提供—即一種過氧化氫溶液。
直接甲醇燃料電池可對含水甲醇蒸汽進行操作，但是最為經常采用的是一種稀釋的含水甲醇燃料溶液的液體進料。保持所述陽極和陰極間隔離是重要的，以防止燃料直接接觸所述陰極并在其上發(fā)生氧化(稱為“交叉”)。交叉會在所述電池中產生短路，這是因為由氧化反應產生的電子不會沿著電極間的電流通路行進。為了降低甲醇經由所述MEA從所述陽極到所述陰極側的交叉的電勢，在液體進料DMFCs中，通常是采用非常稀釋的甲醇溶液(例如，甲醇在水中的含量約5％)作為燃料物流。
所述聚合物電解質膜(PEM)是一種固體有機聚合物，通常為聚全氟磺酸，它構成所述膜電極裝置(MEA)內芯。商業(yè)可得的用作PEMs的聚全氟磺酸，E.I.DuPont de Nemours & Company有售，商標為NAFION。所述PEM必須經水化處理，以合適地充當質子(氫離子)交換膜和電解質。
在陰極有大量的水被釋放出來，必須要將它們移走，以防止淹沒陰極和中斷反應。在先有技術燃料電池中，如果空氣流過所述陰極過慢，則空氣就不能將存在于所述陰極的水全部攜帶出所述燃料電池。由于水淹沒所述陰極，沒有足夠的氧能夠滲透通過所述水到達所述陰極催化劑位置以維持所述反應。
先有技術燃料電池引入多孔碳紙或織物作為鄰近于所述MEA的PEM的襯里層。所述多孔碳材料不僅可幫助反應氣體到所述電極催化劑位置，而且還參與水處理。多孔碳是經選擇的，這是因為碳可傳導所述電子流出所述陽極并流入所述陰極。但是，已經發(fā)現(xiàn)多孔碳對于從所述陰極中芯吸除去過量水分，不是一種有效的材料。還發(fā)現(xiàn)多孔碳對于調節(jié)到達陽極的流體也不是有效的。而且，多孔碳紙是昂貴的。因此，燃料電池工業(yè)仍在繼續(xù)尋找這樣一種襯里層，它們將能改善液體的回收和移走，并能維持有效的氣體擴散，而且不會對燃料電池性能產生不利影響或不增加明顯的費用。
在所述陰極釋放出來的水再循環(huán)用作所述液體燃料輸送系統(tǒng)中的稀釋劑，將是有利的。這類循環(huán)水在引導所述液體燃料到所述燃料電池之前，可與濃縮的甲醇進行混合。如果燃料元件含有占優(yōu)勢的甲醇，且所述甲醇接著可通過使用由所述燃料電池反應放出的再循環(huán)水而被稀釋為甲醇濃度為3-5％的水溶液，則可以節(jié)約相當大的空間和重量。含有占優(yōu)勢甲醇的帶著燃料電池的燃料元件可以更小且具有更輕的重量。一種能夠從所述陰極芯吸過量水分的材料，必須還能夠釋放出收集到的水用于循環(huán)到所述液體燃料之中。先有技術碳紙襯里層不能滿足這些競爭條件。
盡管所述先有技術已經把在將所述液體燃料導入所述直接甲醇液體燃料電池之前，再循環(huán)所釋放出來的水與純甲醇混合作為改善燃料電池性能的一個目標，但是，它沒有公開一種與燃料電池取向無關回收和再循環(huán)這類水的有效方法。這個問題對于打算用于便攜式電器如消費電子產品和電池電話的燃料電池來說是格外尖銳的，其中所述與重力有關的燃料電池取向將會變化。
所述芯吸結構具有一種最長尺寸的幾何形狀。對于圓柱形芯吸結構來說，根據(jù)所述圓柱體的相對尺寸，所述最長尺寸可以是其高度或其直徑。對于矩形盒式芯吸結構來說，根據(jù)盒子的相對尺寸，所述最長尺寸可以是其高度或其厚度。對于其它形狀來說，如正方形盒式貯水池，所述最長尺寸在多個方向上是相同的。所述芯吸結構的自由起發(fā)芯吸高度(毛細作用大小)，優(yōu)選是大于至少所述最長尺寸的一半。最優(yōu)選地，所述自由起發(fā)芯吸高度是大于所述最長尺寸。
所述芯吸結構可由泡沫體、編織的纖維、捆扎的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維制備而成。用于陽極的芯吸結構一般地為一種由一種或多種耐所述液體燃料的聚合物制成的多孔膜。優(yōu)選地，所述芯吸結構是由一種選自下述材料的芯吸材料構造而成的聚氨酯泡沫體(優(yōu)選地，一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體)、蜜胺泡沫體、纖維素泡沫體、聚酰胺如尼龍、聚丙烯、聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯、纖維素、聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈以及它們的混合物的非紡織的氈制品或捆扎品。一種替代方案是，所述芯吸結構優(yōu)選是采用一種選自下述材料的芯吸材料構造而成的聚氨酯泡沫體(優(yōu)選地，一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體)，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺如尼龍、聚乙烯、聚丙烯、聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織氈制品，纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈和它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。某些無機多孔材料如燒結的氧化硅或氧化鋁的無機粉末，也可用作所述芯吸結構的芯吸材料。
一種氈合的泡沫體的制備，可通過施加足以壓縮所述泡沫體到其原有厚度分數(shù)的熱量和壓力而實現(xiàn)的。對于壓縮比為30來說，所述泡沫體是壓縮到其原有厚度的1/30。對于壓縮比為2來說，所述泡沫體壓縮到其原有厚度的1/2。
一種網狀泡沫體的制備，可通過從胞狀聚合物結構中除去單元窗口，留下繩線的網絡從而提高得到的網狀泡沫體的流體滲透能力而實現(xiàn)的。泡沫體可現(xiàn)場通過化學方法或加熱方法實現(xiàn)網狀化，這些對于對于泡沫體生產領域的技術人員來說是已知的。
在一種特別優(yōu)選的實施方案中，所述芯吸結構是采用一種具有梯度毛細作用的芯吸材料制成的，這樣，由于在兩個區(qū)域間毛細作用的差異，所述液體的流動就可從所述結構的一個區(qū)域直接流到所述結構的另一個區(qū)域。一種制備具有梯度毛細作用的泡沫體的方法是沿其長度方向上采用不同程度的壓縮進行氈合。液體毛細作用流動的方向，是從較低壓縮區(qū)域到達較大壓縮區(qū)域。一種替代方案是，所述芯吸結構可由一種單獨組分的泡沫體或其它具有明顯差異的毛細作用的材料組成的組合物制成的。
因為使氣體(空氣或氧)到達位于陰極的活性部位是重要的，所以，所述芯吸結構可形成以提高空氣滲透能力。因此，如果所述芯吸結構為一種芯吸材料薄片，則該薄片限定了一個或多個透過其厚度的小孔。這類小孔可通過打眼或沖壓所述薄片而形成。所述小孔可以規(guī)則的網格圖案或以非規(guī)則的網格圖案形成?；蛘撸摫∑稍诒砻嫔闲纬梢粋€或多個通道。所述通道可通過切割而形成，如通過泡沫體生產工業(yè)已知的表面改性或回旋切割方法形成。所述通道或小孔也可通過使用熱成型技術而形成，在該方法中，所述薄片表面在施加的熱量和壓力下得以成型。
因為具有一個用于電子到達位于所述陰極的活性部位的導電通路是重要的，所以，所述芯吸結構優(yōu)選還包括一個導電層，它是鄰近于或連接到或涂布在形成所述芯吸結構的芯吸材料上。所述導電層可為一種金屬網、一種金屬棉或一種多孔金屬箔。在一種優(yōu)選實施方案中，所述導電層是附加到形成所述芯吸結構的芯吸材料薄片的表面之上，如通過在所述薄片周圍壓接所述導電層而實現(xiàn)的。一種替代方案是，所述導電層可為一種涂布在所述薄片表面上或滲透所述薄片整個厚度的涂層。這種涂層包括金屬、碳類和含碳材料、導電聚合物和和懸浮液或它們的混合物。金屬可通過使用汽相沉積、等離子體、弧光和非電鍍技術或者其它合適的涂布技術而實現(xiàn)涂布。在另一種優(yōu)選的實施方案中，所述芯吸材料薄片的前面和至少背面的一部分是被所述導電層所覆蓋的。當所述導電層壓接到所述薄片時，所述導電層也覆蓋所述薄片的頂面和底面。所述導電層與電流回路是連通的。
本發(fā)明還包括一種用于一種直接甲醇燃料電池的水回收系統(tǒng)，所述直接甲醇燃料電池具有(a)芯吸結構，水可芯吸到其中且所述水可從其中調節(jié)流出，設置作為所述燃料電池陰極的襯里層，所述芯吸結構具有最長尺寸和大于至少所述最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度；(b)與所述芯吸結構相連通的液體流動通路，從所述芯吸結構吸收的水經由該通路流出所述芯吸結構；和(c)水汲取裝置，如泵或虹吸油芯，用來汲取從所述芯吸結構吸收的水并引入到所述液體流動通路之中。由所述芯吸結構吸收的水從所述陰極被取出，并泵抽或導入到一個貯水池或通道中，在其導入到所述燃料電池的陽極側之前與液體燃料進行混合。
所述水回收系統(tǒng)中的芯吸結構，是由一種選自由泡沫體、編織的、捆扎的或紡織纖維和非紡織纖維所組成的組的芯吸材料制成的。優(yōu)選地，所述芯吸結構具有一個與其相連的導電層，它可為一種鄰近于所述芯吸材料的分離層，也可附加或涂布在其上。所述導電層與電流回路是連通的。
在一種實施方案中，第二芯吸結構設置用作所述燃料電池陽極的襯里層。第二芯吸結構可具有與第一芯吸結構相同或不同的結構。第二芯吸結構具有一個最長的尺寸和一個大于至少其最長尺寸一半，優(yōu)選大于其最長尺寸的自由起發(fā)芯吸高度。所述與所述液體燃料混合的回收和再循環(huán)水導入到第二芯吸結構中為位于所述陽極的液體燃料電池反應補給燃料。
在本發(fā)明的另一種實施方案中，液體燃料電池性能是通過引入本發(fā)明第一實施方案的芯吸結構作為所述陰極的襯里層和非強制地作為所述陽極的襯里層而得到改進的。因為所述芯吸結構可有效地從所述陰極芯吸水分，所以，所述反應就可連續(xù)地進行，而不會發(fā)生由所述燃料電池放出的水所引起的淹沒。所述吸收收集的水可進行回收，并在再次輸入其到所述燃料電池的陽極側之前，與一種液體燃料源進行混合。優(yōu)選地，所述與燃料混合的回收水，可輸入到形成所述陽極襯里層的芯吸結構之中。此第二芯吸結構當它被所述回收水和燃料濕潤時，可有助于分配所述燃料且有助于維持所述PEM處于水合狀態(tài)。
一種屬于本發(fā)明范圍之內的液體燃料電池，它包括供給有含水液體燃料的陽極，所述燃料在所述陽極被氧化；
供給有氣體氧化劑的陰極；設置在所述陽極和陰極之間的固體聚合物電解質膜輸送所述液體燃料到所述陽極的液體燃料流動通路；輸送水到所述液體燃料流動通路的水流動通路；濃縮的液體燃料管線，它輸送濃縮的液體燃料到所述液體燃料流動通路中在那里與水進行混合以形成含水液體燃料；結合到所述陰極中或與其流體連通的陰極芯吸結構，其中，所述陰極芯吸結構包括一種陰極芯吸材料，它可芯吸水到其中且所述水可從其中釋放出來，所述陰極芯吸材料具有陰極芯吸材料最長尺寸和大于所述陰極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度(優(yōu)選地，所述自由起發(fā)芯吸高度大于所述陰極芯吸材料最長尺寸)；和水汲取裝置，用來使所述陰極芯吸結構中的水流到所述水流動通路中。在某些實施方案中，所述陰極芯吸結構具有一定的厚度，并限定至少一個小孔透過所述厚度，其尺寸足以輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。優(yōu)選地，所述陰極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，且其中所述小孔的數(shù)目和尺寸，可輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
本發(fā)明的另一個方面，是一種用于具有陽極和陰極的液體燃料電池中液體處理的方法，所述方法包括下述步驟(a)從所述陰極中芯吸水到一個與所述陰極流體連通的陰極芯吸結構中，其中，所述陰極芯吸結構包括一個可芯吸水到其中且水可從其中釋放出來的陰極芯吸材料，所述陰極芯吸材料具有陰極芯吸材料最長尺寸和大于所述陰極芯吸材料最長尺寸一半的第一自由起發(fā)芯吸高度；(b)從所述陰極芯吸結構中釋放出水；(c)提供一種濃縮的液體燃料源；(d)使步驟(b)中的陰極芯吸結構中釋放出來的水與來自所述源的濃縮液體燃料進行混合，以形成一種含水液體燃料；和此后(e)通過輸送所述含水液體燃料混合物到所述陽極，為所述陽極提供含水液體燃料。
在本發(fā)明液體處理方法的一種實施方案中，步驟(b)是通過使用一種水汲取裝置從所述陰極芯吸結構中汲取水分以輸送水分到一個水流動通路之中而實現(xiàn)的。所述水汲取裝置可為一種泵或一種較所述陰極芯吸結構具有更強毛細作用的虹吸油芯，以輸送水到一個水流動通路之中。
在本發(fā)明液體處理方法的另一種實施方案中，步驟(e)是通過輸送所述含水液體燃料到結合在所述陽極中或與所述陽極流體連通的陽極芯吸結構中而實現(xiàn)的，其中，所述陽極芯吸結構包括一個陽極芯吸材料，它可芯吸所述含水液體燃料到其中且所述含水液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度。在步驟(e)中，所述含水液體燃料通過一種含水液體燃料輸送裝置，可輸送到結合到所述陽極或與所述陽極流體連通的陽極芯吸結構之中。所述含水液體燃料輸送裝置可為一種泵或一種較所述陽極芯吸結構具有較差毛細作用的虹吸油芯。


圖13所示為本發(fā)明所述液體燃料電池另一種實施方案的示意圖，所述陰極的產物水進行再循環(huán)。
圖14所示為本發(fā)明所述液體燃料電池又一種實施方案的示意圖，所述陰極的產物水進行再循環(huán)。
圖15所示為本發(fā)明所述液體燃料電池又一種實施方案的示意圖，所述陰極的產物水進行再循環(huán)。
圖16所示為本發(fā)明所述液體燃料電池又一種實施方案的示意圖，所述陰極的產物水進行再循環(huán)。
圖17所示為本發(fā)明所述液體燃料電池另一種實施方案的示意圖，所述陰極的產物水進行再循環(huán)。
圖18所示為本發(fā)明所述液體燃料電池又一種實施方案的示意圖，所述陰極的產物水進行再循環(huán)。
圖19所示為本發(fā)明所述液體燃料電池另一種實施方案的示意圖，所述陰極的產物水進行再循環(huán)。
圖20所示為本發(fā)明液體燃料電池中一個膜電極裝置的一種實施方案的示意圖，所述陽極芯吸結構具有穿孔。
圖21所示為本發(fā)明液體燃料電池中一個膜電極裝置的另一種實施方案的示意圖，所述陽極芯吸結構具有穿孔。
圖22所示為本發(fā)明液體燃料電池中一個膜電極裝置的一種實施方案的示意圖，所述陰極芯吸結構具有穿孔。
圖23所示為本發(fā)明液體燃料電池中一個膜電極裝置的另一種實施方案的示意圖，所述陰極芯吸結構具有穿孔。
圖24所示為本發(fā)明液體燃料電池中一個膜電極裝置的另一種實施方案的示意圖，所述陽極和陰極芯吸結構具有穿孔。
本發(fā)明還涉及上述的液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構是在外部的但與所述陰極是流體連通的；所述陰極還包括第一陰極表面和第二陰極表面，所述第二陰極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陰極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陰極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陰極芯吸結構表面，所述第二陰極芯吸結構表面鄰近于所述第一陰極表面，且所述第一陰極芯吸結構表面避開所述陰極。非強制性地，所述第二陰極芯吸結構表面其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以輸送一定數(shù)量的氣體氧化劑到所述陰極從而在其上進行氧化反應。優(yōu)選地，所述第二陰極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極從而在其上進行氧化反應。
在所述陽極還含有一種芯吸結構的所有上述液體燃料電池，是在本發(fā)明的范圍之內。所述陽極芯吸結構可結合到所述陽極中或與其是流體連通的，其中，所述陽極芯吸結構包括一種陽極芯吸材料，它可芯吸所述液體燃料到其中且所述液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度，且所述陽極芯吸結構與所述液體燃料流動通路是流體連通的。所述陽極芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度優(yōu)選是大于所述陽極芯吸材料最長尺寸。非強制性地，所述芯吸結構具有一定厚度，并限定至少一個透過所述厚度的小孔，其具有的開口面積尺寸可允許二氧化碳從所述陽極排出。優(yōu)選地，所述陽極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，具有的總開口面積尺寸可允許二氧化碳從所述陽極排出。
在具有所述陽極芯吸結構的本發(fā)明液體燃料電池中，所述陽極芯吸結構可結合到所述陽極之中，其中所述陽極還包括第一陽極表面、第二陽極表面和存在于第二陽極表面上的催化劑，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述催化劑，所述第一陽極芯吸結構表面形成第一陽極表面。非強制性地，所述第一陽極芯吸結構表面其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。優(yōu)選地，所述第一陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
在具有一種陽極芯吸結構的液體燃料電池的另一種實施方案中，所述陽極芯吸結構是在外部但與所述陽極是流體連通的，其中所述陽極還包括第一陽極表面和第二陽極表面，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述第一陽極表面，且所述第一陽極芯吸結構表面避開所述陽極。非強制性地，所述第一陽極芯吸結構表面其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。優(yōu)選地，所述第一陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
本發(fā)明的目的還在于所有包括陽極、聚合物電解質膜和陰極的液體燃料電池，其中，任一個電極或兩個電極具有芯吸結構，其中，至少一個電極的芯吸結構具有一個小孔透過其厚度。在所述陰極芯吸結構的小孔可有助于輸送用于所述陰極進行氧化反應的氣體氧化劑到達所述陰極。在所述陽極芯吸結構的小孔可有助于二氧化碳從所述陽極的排出。在所述液體燃料電池的某些實施方案中，所述陰極芯吸結構具有至少一個小孔，所述陽極芯吸結構具有至少一個小孔，或者所述陰極和陽極芯吸結構都具有至少一個小孔。
在本發(fā)明的帶有產物水從陰極到陽極的再循環(huán)的液體燃料電池中，所述液體燃料電池可具有至少一個透過一個或兩個電極的芯吸結構的小孔，至少一個溝槽存在于一個或兩個電極的芯吸結構表面之上，在一個或兩個電極上的至少一個小孔和至少一個溝槽的結合，至少一個小孔在所述陰極上與至少一個溝槽在所述陽極上的結合或者是相反的結合，和至少一個溝槽在所述陰極上與至少一個小孔在所述陽極上的結合或者是相反的結合。在所述陰極芯吸結構上的小孔或溝槽可有助于輸送氣體氧化劑到達所述陰極用于在所述陰極進行的氧化反應。在所述陽極芯吸結構上的小孔或溝槽可有助于二氧化碳從所述陽極的排出。
在本發(fā)明中，所述水汲取裝置可為一種泵或一種較所述陰極芯吸結構具有更強毛細作用的虹吸油芯。優(yōu)選地，所述水汲取裝置為一種泵，例如微型泵。所述含水液體燃料輸送裝置可為一種泵或一種較所述陽極芯吸結構具有較差毛細作用的虹吸油芯，而泵則是優(yōu)選的。
所述陰極芯吸材料或陽極芯吸材料可為泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料。優(yōu)選地，所述陰極芯吸材料或陽極吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維。更優(yōu)選地，所述陰極芯吸材料或陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺如尼龍、聚乙烯、聚丙烯、聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈和它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。在本申請中，所述“尼龍”是指尼龍類的所有成員。最為優(yōu)選地，所述陰極芯吸材料或陽極芯吸材料，為一種聚氨酯泡沫體，如一種氈合的、網狀的或氈合網狀的聚氨酯泡沫體。
首先參見圖1，直接甲醇燃料電池10含有一個膜電極裝置(“MEA”)12(它包括一個夾在陽極16和陰極18之間的聚合物電解質膜(“PEM”)14)。所述PEM14為一種固體有機聚合物，通常為聚全氟磺酸，它構成所述膜電極裝置(MEA)的內芯。商業(yè)可得的用作PEMs的聚全氟磺酸，E.I.DuPont de Nemours & Company有售，商標為NAFION。催化劑層(圖中未畫出)存在于所述PEM的每一側上。所述PEM必須經水化處理，以合適地充當質子(氫離子)交換膜和電解質。
所述陽極16和陰極18是被所述PEM彼此分隔開的兩個電極。所述陽極帶有負電荷，而所述陰極帶有正電荷。
鄰近于所述陽極具有一個芯吸結構20，它是由一種85孔網狀的聚醚聚氨酯泡沫體的12mm厚的薄片22經過氈合或壓縮到其原有厚度的1/6(2mm)而形成的。參見圖3和圖4。所述氈合泡沫體切割到應有的尺寸，一個薄的多孔金屬箔24部分地包裹所述薄片，以覆蓋所述薄片22的全部MEA一側。我們使用的所述多孔金屬箔為Delker1.5Ni5-050F鎳網。如圖1所示，所述金屬箔24包裹所述泡沫體22的頂面和底面，這樣，所述金屬箔的一部分也與避開所述MEA12的所述薄片的側面接觸。所述金屬箔24適當?shù)貕航釉谒霰∑?2上。所述芯吸結構20將芯吸并收集水分并收集水流。這有助于分布液體燃料到所述燃料電池的陽極側，也有助于水化所述PEM14。
在圖1所示的直接甲醇燃料電池中，所述燃料可為液態(tài)甲醇或一種甲醇與水混合的含水溶液，其中，甲醇占所述溶液的3-5％。其它的能夠提供氫離子源的液體燃料也可采用，不過，甲醇是優(yōu)選的。
鄰近于所述芯吸結構20為雙極板26。雙極板26為一種導電性材料，其中形成有通道28，用來引導所述液體燃料流到所述燃料電池的陽極側。箭頭29指示液體燃料流入所述雙極板26中的通道28的流動方向。
鄰近于所述陰極18具有一個第二芯吸結構30，它是由一種85孔網狀的聚醚聚氨酯泡沫體的12mm厚的薄片32經過氈合或壓縮到其原有厚度的1/6(2mm)而形成的。參見圖2。所述氈合泡沫體以每個直徑為0.5mm的小孔的規(guī)則方格圖案進行穿孔，在所述薄片中留下大約18％的穿孔空隙容積。所述氈合泡沫體接著切割到應有的尺寸，一個薄的多孔金屬箔36(Delker 1.5Ni5-050F鎳網)部分地包裹所述薄片，以覆蓋所述薄片32的全部MEA一側。如圖1中所示，該金屬箔36包裹所述泡沫體32，這樣，該金屬箔的一部分也與避開所述MEA12的所述薄片側面接觸。所述第二芯吸結構30將芯吸并收集水分并收集水流。這有助于水從所述燃料電池的陰極側排出，從而避免淹沒，并允許空氣與所述陰極側進行接觸以保證氧氣連續(xù)到達活性部位。
鄰近于所述芯吸結構30為雙極板38。雙極板38為一種導電性材料，其中形成有通道40，用來引導所述氧化氣體如氧氣或空氣，流到所述燃料電池10的陰極側。箭頭42指示氣體流入所述雙極板38中的通道40的流動方向。
在運轉時，所述液體燃料(甲醇)29在所述陽極表面發(fā)生反應，釋放出氫離子(H+)和電子(e-)。氫離子(H+)流過所述PEM14膜，在所述陰極側與氧42和電子(e-)進行化合產生水。電子(e-)不能流過所述膜，它從所述陽極經由外部電路44(它含有一個消耗由所述電池產生的電能的電負載46)流到所述陰極。在所述陽極和陰極的反應產物分別為二氧化碳(CO2)和水(H2O)。
所述芯吸結構30收集在陰極18產生的水分，并將它從所述陰極活性部位芯吸移走。所述水分接著可流過液體流動通路48，它可抽吸或管道輸送到一個貯水池或混合地點，用來與純液體燃料進行混合以形成一種含水流體燃料溶液。由于所述芯吸結構的毛細作用，它保持液體存在于該結構的空隙或孔隙中，必須施加抽吸或抽拉作用力，將所述水分從第二芯吸結構30中吸取到所述液體流動通路48中。泵49為一種用來從所述芯吸結構30中汲取出水分的裝置，以再循環(huán)所述燃料補給。一種特別優(yōu)選的泵為一種微量分配泵或微型泵，它每次脈沖可抽吸0.8微升，它可從Pump Works，Inc.購得。替代的抽吸裝置對于本領域技術人員是易于理解的。
本發(fā)明所述芯吸結構具有的厚度其范圍為0.1-10mm，優(yōu)選為0.5-4.0mm，最優(yōu)選是低于約2.0mm。
所述芯吸結構是由泡沫體、捆扎的纖維和非紡織的纖維或這些材料混合物的芯吸材料所形成的。下述材料是特別優(yōu)選的聚氨酯泡沫體，氈合的聚氨酯泡沫體，網狀的聚氨酯泡沫體，氈合的網狀聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，尼龍、聚丙烯、聚酯、纖維素、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈以及它們的混合物的非紡織的氈制品或捆扎品。
如果是選用聚氨酯泡沫體制備所述芯吸結構，則這類泡沫體應該具有的密度其范圍為0.5-25磅/立方英尺，且具有的孔隙尺寸其范圍為10-200個孔隙/線性英寸，優(yōu)選地，密度范圍為0.5-15磅/立方英尺，且其孔隙尺寸范圍為40-200個孔隙/線性英寸，最優(yōu)選地，其密度范圍為0.5-10磅/立方英尺，且其孔隙尺寸范圍為75-200個孔隙/線性英寸。
氈合是在施加熱量和壓力的條件下進行的，以壓縮泡沫體結構使之具有提高的堅固性和降低的空隙容積。一旦氈合，則所述泡沫體就不能回彈到其原有的厚度，而是仍保持被壓縮狀態(tài)。氈合的泡沫體一般地較未氈合的泡沫體，具有提高的毛細作用和水保留能力。如果選用一種氈合的聚氨酯泡沫體制備所述芯吸結構，則這類泡沫體應該具有的密度其范圍為2.0-45磅/立方英尺，且其壓縮比范圍為1.1-30，優(yōu)選地，密度范圍為3-15磅/立方英尺，且其壓縮比范圍為1.1-20，最優(yōu)選地，其密度范圍為3-15磅/立方英尺，且其壓縮比范圍為2.0-15。
與所述芯吸材料薄片相關連以形成優(yōu)選實施方案的所述芯吸結構的導電層，可為一種金屬網或一種多孔金屬箔或金屬棉。用于此應用的實例性金屬為金、鉑、鎳、不銹鋼、鎢、銠、鈷、鈦、銀、銅、鉻、鋅、iconel和它們的組合物或合金。在潮濕環(huán)境下不發(fā)生腐蝕的金屬，適合用于所述導電層。所述導電層也可為一種導電的碳涂層或一種具有導電粒子分散于其中的油漆或涂層。
如圖1-4所示，所述金屬箔壓接在所述芯吸材料薄片上。一種替代方案是，所述導電層可連接或附加到所述芯吸材料的表面上。如果所述芯吸材料為一種泡沫體，所述導電層為一種金屬基質，則所述導電層不需要粘結劑就可直接層壓到所述泡沫體的表面之上。例如，所述泡沫體表面可通過加熱而被軟化，所述導電層涂布到所述軟化的泡沫體表面上。一種替代方案是，在泡沫體進行氈合時，所述導電層可壓縮到所述泡沫體之中。如果所述導電層是采用一種涂料形成的，則所述涂料可采用本領域技術人員已知的多種不同方法涂布到所述芯吸材料之上，如刷涂法、汽相沉積法、等離子體沉積法、電弧焊接法和非電鍍法。
本發(fā)明所述芯吸結構的一個優(yōu)點在于，它們不僅可芯吸并保持液體，而且，它們可釋放出液體，并允許液體從那里以一種可預測的方法進行調節(jié)，不需要依賴于重力，也不受重力干擾。所述芯吸材料的毛細作用可以對其進行控制，這樣，無論與重力的方向如何，所述芯吸結構都可進行工作。這類芯吸結構用于燃料電池中為便攜式電子設備如電池電話(它在使用中不會保持在一個固定的方向)提供電力是很理想的。
圖5和6所示為一種備選的用于所述液體燃料電池陰極側的芯吸結構50。一種85孔網狀的聚醚聚氨酯泡沫體的12mm厚的薄片85永久地壓縮到其原有厚度的1/6(2mm)(壓縮比＝6)。所述氈合泡沫體以每個直徑為0.5mm的小孔52的規(guī)則方格圖案進行穿孔，在所述薄片中留下大約18％的穿孔空隙容積。盡管此實施方案沒有導電層或涂層，但是，所述芯吸結構50將芯吸并收集來自所述液體燃料電池陰極側的水分，并允許氧氣源氣體經由所述穿孔52與所述MEA的陰極側進行接觸，從而避免淹沒。
圖7所示為一種備選的用于所述液體燃料電池陽極或陰極側的芯吸結構54。一種85孔網狀的聚醚聚氨酯泡沫體的12mm厚的薄片85被氈合(永久地壓縮)到其原有厚度的1/6(2mm)(壓縮比＝6)。在所述泡沫體的繩線之間具有空隙的所述開口結構(由于網狀結構，它可允許流體流入到其中)，將芯吸并保持水分或液體流體或液體流體含水溶液。盡管此實施方案沒有導電層或涂層，但是，所述芯吸結構54將芯吸并收集來自所述液體燃料電池陰極側的水分。如果安裝在所述陽極一側，則此實施方案將會分布和保持液體燃料，并有助于水合所述PEM。
圖8和9所示為一種芯吸材料形成的通道58的薄片56的結構。所述通道58呈一種規(guī)則的平行排列，但是，可以提供適合應用的備選結構。所述通道具有用來提高空氣流動的縫隙。所述芯吸材料可含有通道和小孔或穿孔的組合(圖中未畫出)，以進一步提高空氣流動到所述燃料電池的電極上，尤其是陰極上。這種芯吸材料可單獨形成芯吸結構，也可與導電層結合(圖8和9中未畫出)。
圖10和11圖示說明用來制備具有梯度毛細作用的芯吸材料如泡沫體的方法。如圖10所示，具有一致性的密度和孔隙尺寸的泡沫體楔形厚板60，在第一端61具有厚度T1，在第二端65具有厚度T2。所述厚板60經過一個氈合步驟—高溫壓縮一段所需的時間，以壓縮所述厚板60至一致性的厚度T3，它小于所述厚度T1和T2。在所述第一端61需要一個較大壓力，由箭頭62表示，用來壓縮所述材料從T1至T3，在所述第二端65需要一個較小壓力，由箭頭64表示，用來壓縮所述材料從T2至T3。
沿圖11所示氈合泡沫體的長度方向，所述泡沫體材料的壓縮比是不同的，在第一端61具有最大壓縮比(T1/T3)。毛細壓力與有效毛細半徑成反比，而有效毛細半徑隨著提高的堅固性或壓縮而降低。圖11中箭頭66表示從較低氈合堅固性或毛細作用區(qū)域到較高氈合堅固性的毛細流動方向。因此，如果一種芯吸材料或吸結構是采用一種具有梯度毛細作用的泡沫體形成的，則芯吸到所述材料中的液體燃料就可直接從具有較低壓縮比的材料區(qū)域，流到另一個具有較高壓縮比的區(qū)域。
在一個優(yōu)選實施方案中，所述芯吸結構的芯吸材料是以不同的壓縮程度在一個區(qū)域與另一區(qū)域進行氈合的，這樣，所述芯吸材料的毛細作用就會沿其長度而不同。照這樣，保留在所述芯吸材料中的液體就可直接從所述芯吸材料的一個區(qū)域流到另一個區(qū)域。在鄰近于所述陰極的芯吸結構之中的芯吸材料的這種不同程度的氈合，將有助于從所述燃料電池的陰極一側抽取出水分。鄰近于所述陽極的芯吸結構之中的芯吸材料的這種不同程度的氈合，將有助于抽取液體燃料到所述燃料電池之中。
圖12圖示說明了本發(fā)明的液體燃料電池100的一種實施方案，它含有一個帶有產物水從陰極106到陽極102的再循環(huán)結構的PEM104。所述陰極具有一個結合在其中的陰極芯吸結構110和一個含有催化劑的層108。在所述陰極的產物水被所述陰極芯吸結構110芯吸取走，該水分被水汲取裝置114從所述陰極芯吸結構取走，并放入到水流動通路112中。存在于所述水流動通路112中的水與濃縮液體燃料管線116中的濃縮液體燃料進行混合，從而在輸送含水液體燃料到陽極的流體燃料流動通路118中形成一種含水液體燃料。
在上述的圖12中，以及圖13-24中，為了簡潔起見，陽極和陰極之間的導電連接沒有畫出。
圖13所示為本發(fā)明所述液體燃料電池120的另一種實施方案的示意圖，它含有一個帶有產物水從陰極122到陽極102的再循環(huán)結構的PEM104。與所述陰極相鄰的為一種陰極芯吸結構124。
圖14圖示說明了本發(fā)明的液體燃料電池132的一種實施方案，它含有一個帶有產物水從陰極106到陽極126的再循環(huán)結構的PEM104，其中，所述陽極具有一個結合在其中的陽極芯結構128。所述陰極具有一個結合在其中的陰極芯吸結構110和一個含有催化劑的層108。在所述陰極的產物水被所述陰極芯吸結構110芯吸取走，該水分被水汲取裝置114從所述陰極芯吸結構取走，并放入到水流動通路112中。存在于所述水流動通路112中的水與濃縮液體燃料管線116中的濃縮液體燃料進行混合，從而在流體燃料流動通路118(它輸送含水液體燃料到與一種含有催化劑的層130相鄰的陽極芯吸結構128)中形成一種含水液體燃料。
圖15所示為本發(fā)明所述液體燃料電池134的另一種實施方案的示意圖，它含有一個帶有產物水從陰極122到陽極136的再循環(huán)結構的PEM104。與所述陰極相鄰的為一種陰極芯吸結構124，與所述陽極相鄰的為一種陽極芯吸結構138。
圖16所示為本發(fā)明所述液體燃料電池140的一種實施方案的示意圖，它含有一個帶有產物水從陰極122到陽極102的再循環(huán)結構的PEM104。與所述陰極相鄰的為一種陰極芯吸結構144，它在朝向所述陰極的表面上具有溝槽142。
圖17所示為本發(fā)明所述液體燃料電池146的一種實施方案的示意圖，它帶有產物水從陰極122到陽極152的再循環(huán)結構。與所述陰極相鄰的為一種陰極芯吸結構124。與所述陽極相鄰的為一種陽極芯吸結構148，它在朝向所述陰極的表面上具有溝槽150。
圖18所示為本發(fā)明所述液體燃料電池160的另一種實施方案的示意圖，它帶有產物水從陰極122到陽極152的再循環(huán)結構。與所述陰極相鄰的為一種陰極芯吸結構124。與所述陽極相鄰的為一種陽極芯吸結構154，它在朝向所述陽極的表面上具有溝槽156，在避開所述陽極的表面上具有溝槽158。在避開所述陽極的陽極芯吸結構表面上的溝槽有助于輸送所述含水液體燃料到所述陽極上。在朝向所述陽極的陽極芯吸結構表面上的溝槽有助于二氧化碳從所述陽極排出。
圖19所示為本發(fā)明所述液體燃料電池166的另一種實施方案的示意圖，它帶有產物水從陰極122到陽極152的再循環(huán)結構。與所述陰極相鄰的為一種陰極芯吸結構124。與所述陽極相鄰的為一種陽極芯吸結構162，它在避開所述陽極的表面上具有溝槽164。在避開所述陽極的陽極芯吸結構表面上的溝槽有助于輸送所述含水液體燃料到所述陽極上。
圖20所示為本發(fā)明液體燃料電池的一種實施方案的示意圖，在至少一個電極的芯吸結構中具有穿孔。所述液體燃料電池含有MEA180，包括陽極174、PEM176、陰極178和一種具有與所述陽極相鄰的小孔172的陽極芯吸結構170。
圖21所示為本發(fā)明液體燃料電池的一種實施方案的示意圖，在至少一個電極的芯吸結構中具有穿孔。所述液體燃料電池含有MEA190，包括陽極188、PEM176和陰極178，其中所述陽極包括一種具有催化劑的層184和一種具有小孔186的陽極芯吸結構182，所述陽極芯吸結構是結合在所述陽極之中的。
圖22所示為本發(fā)明液體燃料電池的一種實施方案的示意圖，在至少一個電極的芯吸結構中具有穿孔。所述液體燃料電池含有MEA196，包括陽極174、PEM176、陰極178和一種具有與所述陰極相鄰的小孔194的陰極芯吸結構192。
圖23所示為本發(fā)明液體燃料電池的一種實施方案的示意圖，在至少一個電極的芯吸結構中具有穿孔。所述液體燃料電池含有MEA206，包括陽極174、PEM176和陰極204，其中所述陰極包括一種具有催化劑的層200和一種具有小孔202的陰極芯吸結構198，所述陰極芯吸結構是結合在所述陰極之中的。
圖24所示為本發(fā)明液體燃料電池的一種實施方案的示意圖，在至少一個電極的芯吸結構中具有穿孔。所述液體燃料電池含有MEA208，包括陽極174、PEM176、陰極178、一個具有與所述陰極相鄰的小孔194的陰極芯吸結構192和一個與所述陽極相鄰的小孔172的陽極芯吸結構172。
本發(fā)明其它方面的目的在于帶有產物水從陰極到陽極的再循環(huán)結構的液體燃料電池，其中沒有外部的水添加到所述液體燃料電池中。在本發(fā)明所述帶有產物水從陰極到陽極的再循環(huán)結構的液體燃料電池的某些實施方案中，從所述陰極芯吸結構汲取的水分基本上是所述含水液體燃料中供給所述陽極的唯一水分。在本發(fā)明所述帶有產物水從陰極到陽極的再循環(huán)結構的液體燃料電池的另一種實施方案中，從所述陰極芯吸結構汲取的水分和存在于所述濃縮液體燃料中的所有水分是供給所述陽極的僅有的水分。
在本發(fā)明所述液體燃料電池中，所述液體燃料可為甲醇、乙醇、丙二醇、三甲氧基甲烷、二甲氧基甲烷、甲酸和肼，甲醇是優(yōu)選的。所述濃縮液體燃料可為純的甲醇或一種甲醇的含水混合物，其具有的甲醇濃度至少約25％，至少約50％，至少約65％，約70％至約99％，約80％至約98％，或約85％至95％。甲醇在所述含水甲醇混合物中的百分比是以重量/重量為基準表示的。
本發(fā)明業(yè)已經通過詳細的說明和優(yōu)選實施方案的實例對其作了例證性說明。形式和細節(jié)上的多種不同變化是屬于本領域技術人員的技能范圍之內的。因此，本發(fā)明必須由權利要求書保護的范圍為界，而不是由實例或優(yōu)選實施方案的說明所限定的。
權利要求
1.一種液體燃料電池，包括供給有含水液體燃料的陽極，所述燃料在所述陽極被氧化；供給有氣體氧化劑的陰極；設置在所述陽極和陰極之間的固體聚合物電解質膜輸送所述液體燃料到所述陽極的液體燃料流動通路；輸送水到所述液體燃料流動通路的水流動通路；濃縮的液體燃料管線，它輸送濃縮的液體燃料到所述液體燃料流動通路中，在那里與水進行混合以形成含水液體燃料；結合到所述陰極中或與其流體連通的陰極芯吸結構，其中，所述陰極芯吸結構包括一種陰極芯吸材料，它可芯吸水分到其中且所述水可從其中釋放出來，所述陰極芯吸材料具有陰極芯吸材料最長尺寸和大于所述陰極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度；和水汲取裝置，用來使所述陰極芯吸結構中的水流到所述水流動通路中。
2.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述水汲取裝置為一種泵或一種較所述陰極芯吸結構具有更高毛細作用的虹吸油芯。
3.權利要求2所述液體燃料電池，其中所述水汲取裝置為泵。
4.權利要求2所述液體燃料電池，其中所述水汲取裝置為所述虹吸油芯。
5.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸材料具有較所述陰極芯吸材料最長尺寸更大的自由起發(fā)芯吸高度。
6.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
7.權利要求6所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
8.權利要求7所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
9.權利要求8所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
10.權利要求9所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
11.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其尺寸足以輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
12.權利要求11所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，且其中所述小孔的數(shù)目和尺寸，可輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
13.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構是結合在所述陰極之中；所述陰極還包括第一陰極表面、第二陰極表面和存在于第二陰極表面上的催化劑，所述第二陰極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陰極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陰極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陰極芯吸結構表面，所述第二陰極芯吸結構表面鄰近于所述催化劑，所述第一陰極芯吸結構表面形成第一陰極表面，且所述第一陰極芯吸結構表面其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以輸送一定數(shù)量的氣體氧化劑到所述陰極從而在其上進行氧化反應。
14.權利要求13所述液體燃料電池，其中所述第一陰極芯吸結構表面具有多個溝槽，其數(shù)目和尺寸足以輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極從而在其上進行氧化反應。
15.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構是在外部的但與所述陰極是流體連通的；所述陰極還包括第一陰極表面和第二陰極表面，所述第二陰極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陰極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陰極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陰極芯吸結構表面，所述第二陰極芯吸結構表面鄰近于所述第一陰極表面，且所述第一陰極芯吸結構表面避開所述陰極，且所述第二陰極芯吸結構表面其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以輸送一定數(shù)量的氣體氧化劑到所述陰極從而在其上進行氧化反應。
16.權利要求15所述液體燃料電池，其中所述第二陰極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以輸送量的氣體氧化劑到所述陰極從而在其上進行氧化反應。
17.權利要求1所述液體燃料電池，還包括一個鄰近于所述陰極芯吸結構的導電層。
18.權利要求17所述液體燃料電池，其中所述導電層是附加在所述陰極芯吸結構表面之上。
19.權利要求18所述液體燃料電池，其中所述導電層是壓接到所述陰極芯吸結構表面之上。
20.權利要求17所述液體燃料電池，其中所述導電層包括金屬網、金屬棉或多孔金屬箔。
21.權利要求17所述液體燃料電池，其中所述導電層包括一種導電涂層存在于所述陰極芯吸結構表面之上，所述導電涂層包括一種選自由金屬和碳或它們的混合物所組成的組。
22.權利要求17所述液體燃料電池，其中所述導電層與電流回路是電連通的。
23.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構具有可將水分從所述陰極抽走的毛細作用梯度。
24.權利要求23所述燃料電池，其中所述陰極芯吸結構包括至少第一和第二芯吸材料，其中所述第一芯吸材料較所述第二芯吸材料具有更高的毛細作用，其中所述第一芯吸材料具有最長尺寸，所述第一芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度大于所述最長尺寸的一半。
25.權利要求24所述燃料電池，其中所述第一芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度大于所述最長尺寸。
26.權利要求1所述液體燃料電池，還包括結合到所述陽極中或與其流體連通的陽極芯吸結構，其中，所述陽極芯吸結構包括一種陽極芯吸材料，它可芯吸所述液體燃料到其中且所述液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度，且所述陽極芯吸結構與所述液體燃料流動通路是流體連通的。
27.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度大于所述陽極芯吸材料最長尺寸。
28.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
29.權利要求28所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
30.權利要求29所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
31.權利要求30所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
32.權利要求31所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
33.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其具有的開口面積尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
34.權利要求33所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，其具有的總開口面積尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
35.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是結合到所述陽極之中，所述陽極還包括第一陽極表面、第二陽極表面和存在于第二陽極表面上的催化劑，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述催化劑，所述第一陽極芯吸結構表面形成第一陽極表面，且其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
36.權利要求35所述液體燃料電池，其中所述第一陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
37.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是在外部但與所述陽極是流體連通的，所述陽極還包括第一陽極表面和第二陽極表面，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述第一陽極表面，并且具有至少一個溝槽，該溝槽的尺寸足以使二氧化碳從陽極逸出，且所述第一陽極芯吸結構表面避開所述陽極。
38.權利要求37所述液體燃料電池，其中所述第二陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
39.權利要求26所述液體燃料電池，還包括一個鄰近于所述陽極芯吸結構的導電層。
40.權利要求39所述液體燃料電池，其中所述導電層是附加在所述陽極芯吸結構表面之上。
41.權利要求39所述液體燃料電池，其中所述導電層是壓接到所述陽極芯吸結構表面之上。
42.權利要求39所述液體燃料電池，其中所述導電層包括金屬網、金屬棉或多孔金屬箔。
43.權利要求39所述液體燃料電池，其中所述導電層包括一種導電涂層存在于所述陰極芯吸結構表面之上，所述導電涂層包括一種選自由金屬和碳或它們的混合物所組成的組。
44.權利要求39所述液體燃料電池，其中所述導電層與電流回路是電連通的。
45.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有可將所述液體燃料從所述液體燃料流動通路驅使到所述陽極的毛細作用梯度。
46.權利要求45所述燃料電池，其中所述陽極芯吸結構包括至少第一和第二芯吸材料，其中所述第一芯吸材料較所述第二芯吸材料具有更高的毛細作用，其中所述第一芯吸材料具有最長尺寸，所述第一芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度大于所述最長尺寸的一半。
47.權利要求46所述燃料電池，其中所述第一芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度大于所述最長尺寸。
48.權利要求12所述液體燃料電池，還包括一個結合到所述陽極中或與其流體連通的陽極芯吸結構，其中，所述陽極芯吸結構包括一種陽極芯吸材料，它可芯吸所述含水液體燃料到其中且所述含水液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度，且所述陽極芯吸結構與所述液體燃料流動通路是流體連通的。
49.權利要求48所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度大于所述陽極芯吸材料最長尺寸。
50.權利要求48所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其具有的開口面積尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
51.權利要求50所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，其具有的總開口面積尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
52.權利要求48所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
53.權利要求52所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
54.權利要求53所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
55.權利要求54所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
56.權利要求53所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
57.權利要求48所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是結合到所述陰極之中，所述陽極還包括第一陽極表面、第二陽極表面和存在于第二陽極表面上的催化劑，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述催化劑，所述第一陽極芯吸結構表面形成第一陽極表面，且其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
58.權利要求57所述液體燃料電池，其中所述第一陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
59.權利要求58所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
60.權利要求59所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
61.權利要求60所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
62.權利要求61所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
63.權利要求61所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
64.權利要求48所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是在外部的但與所述陰極是流體連通的，所述陽極還包括第一陽極表面和第二陽極表面，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述第一陽極表面，且所述第一陽極芯吸結構表面避開所述陽極，且所述第二陽極芯吸結構表面具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
65.權利要求64所述液體燃料電池，其中所述第二陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
66.權利要求65所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
67.權利要求66所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
68.權利要求67所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
69.權利要求68所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
70.權利要求68所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
71.權利要求14所述液體燃料電池，還包括結合到所述陽極中或與其流體連通的陽極芯吸結構，其中，所述陽極芯吸結構包括一種陽極芯吸材料，它可芯吸所述液體燃料到其中且所述液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度，且所述陽極芯吸結構與所述液體燃料流動通路是流體連通的。
72.權利要求71所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度大于所述陽極芯吸材料最長尺寸。
73.權利要求71所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其具有的尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
74.權利要求73所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，其具有的總開口面積尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
75.權利要求74所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
76.權利要求75所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
77.權利要求75所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
78.權利要求77所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
79.權利要求77所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
80.權利要求71所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是結合到所述陽極之中，所述陽極還包括第一陽極表面、第二陽極表面和存在于第二陽極表面上的催化劑，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述催化劑，所述第一陽極芯吸結構表面形成第一陽極表面，且其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
81.權利要求80所述液體燃料電池，其中所述第一陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
82.權利要求81所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
83.權利要求82所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
84.權利要求83所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
85.權利要求84所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
86.權利要求84所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
87.權利要求71所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是在外部但與所述陽極是流體連通的，所述陽極還包括第一陽極表面和第二陽極表面，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述第一陽極表面，且所述第一陽極芯吸結構表面避開所述陽極，且所述第二陽極芯吸結構表面具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
88.權利要求87所述液體燃料電池，其中所述第二陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
89.權利要求88所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
90.權利要求89所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
91.權利要求90所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
92.權利要求91所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
93.權利要求90所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
94.權利要求16所述液體燃料電池，還包括結合到所述陽極中或與其是流體連通的陽極芯吸結構，其中，所述陽極芯吸結構包括一種陽極芯吸材料，它可芯吸所述液體燃料到其中且所述液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度，且所述陽極芯吸結構與所述液體燃料流動通路是流體連通的。
95.權利要求94所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料的自由起發(fā)芯吸高度大于所述陽極芯吸材料最長尺寸。
96.權利要求94所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其具有尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
97.權利要求96所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，其具有的總開口面積尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
98.權利要求97所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
99.權利要求98所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
100.權利要求98所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
101.權利要求100所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
102.權利要求100所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
103.權利要求94所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是結合到所述陽極之中，所述陽極還包括第一陽極表面、第二陽極表面和存在于第二陽極表面上的催化劑，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述催化劑，所述第一陽極芯吸結構表面形成第一陽極表面，且其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
104.權利要求103所述液體燃料電池，其中所述第一陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
105.權利要求104所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
106.權利要求104所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
107.權利要求106所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
108.權利要求107所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
109.權利要求107所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
110.權利要求94所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是在外部但與所述陽極是流體連通的，所述陽極還包括第一陽極表面和第二陽極表面，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述第一陽極表面，且所述第一陽極芯吸結構表面避開所述陽極，且所述第二陽極芯吸結構表面具有至少一個溝槽，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
111.權利要求110所述液體燃料電池，其中所述第二陽極芯吸結構表面其上具有多個溝槽，其中所述槽數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
112.權利要求111所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維、非紡織的纖維或無機多孔材料所組成的組。
113.權利要求112所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自由泡沫體、捆扎的纖維、編織的纖維、紡織的纖維或非紡織的纖維所組成的組。
114.權利要求113所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料是選自聚氨酯泡沫體，蜜胺泡沫體，纖維素泡沫體，聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的非紡織的氈制品，以及纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丙烯腈或它們的混合物的捆扎的、編織的或紡織的纖維。
115.權利要求114所述液體燃料電池，其中所述聚氨酯為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體，所述聚酰胺為尼龍，所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
116.權利要求114所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸材料為一種氈合的聚氨酯泡沫體、網狀的聚氨酯泡沫體或氈合的網狀聚氨酯泡沫體。
117.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構是結合到所述陰極之中，所述陰極還包括第一陰極表面、第二陰極表面和存在于第二陰極表面上的催化劑，所述第二陰極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陰極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陰極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陰極芯吸結構表面，所述第二陰極芯吸結構表面鄰近于所述催化劑，所述第一陰極芯吸結構表面形成第一陰極表面。
118.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構是在外部但與所述陰極是流體連通的，所述陰極還包括第一陰極表面和第二陰極表面，所述第二陰極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陰極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陰極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陰極芯吸結構表面，所述第二陰極芯吸結構表面鄰近于所述第一陰極表面，且所述第一陰極芯吸結構表面避開所述陰極。
119.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是結合到所述陽極之中，所述陽極還包括第一陽極表面、第二陽極表面和存在于第二陽極表面上的催化劑，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述催化劑，所述第一陽極芯吸結構表面形成第一陽極表面。
120.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是在外部但與所述陽極是流體連通的，所述陽極還包括第一陽極表面和第二陽極表面，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面鄰近于所述第一陽極表面，且所述第一陽極芯吸結構表面避開所述陽極。
121.一種液體燃料電池，包括供給有含水液體燃料的陽極，所述燃料在所述陽極被氧化；供給有氣體氧化劑的陰極；設置在所述陽極和陰極之間的固體聚合物電解質膜結合到所述陰極中或與其流體連通的陰極芯吸結構，其中，所述陰極芯吸結構包括一種陰極芯吸材料，它可芯吸水分到其中且所述水可從其中釋放出來，所述陰極芯吸材料具有陰極芯吸材料最長尺寸和大于所述陰極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度；其中所述陰極芯吸材料具有一定厚度且限定多個透過所述厚度的小孔，所述小孔基本不具有毛細作用；和其中所述小孔的數(shù)目和尺寸足以輸送流過有效量氣體氧化劑到所述陰極在其上進行氧化反應。
122.權利要求121所述液體燃料電池，其中所述自由起發(fā)芯吸高度大于所述陰極芯吸材料的最大尺寸。
123.權利要求121所述液體燃料電池，還包括結合到所述陽極中或與其流體連通的陽極芯吸結構，其中，所述陽極芯吸結構包括一種陽極芯吸材料，它可芯吸所述液體燃料到其中且所述液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度，其中所述陽極芯吸材料具有一定厚度且限定多個透過所述厚度的小孔，所述小孔基本不具有毛細作用；和其中所述小孔的數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
124.一種液體燃料電池，包括供給有含水液體燃料的陽極，所述燃料在所述陽極被氧化；供給有氣體氧化劑的陰極；設置在所述陽極和陰極之間的固體聚合物電解質膜結合到所述陽極中或與其流體連通的陽極芯吸結構，其中，所述陽極芯吸結構包括一種陽極芯吸材料，它可芯吸含水液體燃料到其中且所述含水液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度；其中所述陽極芯吸材料具有一定厚度且限定多個透過所述厚度的小孔，所述小孔基本不具有毛細作用；和其中所述小孔的數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極逸出。
125.權利要求1所述液體燃料電池，其中沒有外部的水加入到所述液體燃料電池中。
126.權利要求1所述液體燃料電池，其中，從所述陰極芯吸結構汲取的水分基本上是所述含水液體燃料中供給所述陽極的僅有的水分。
127.權利要求1所述液體燃料電池，其中，從所述陰極芯吸結構汲取的水分和所有存在于所述濃縮液體燃料中的水分是供給到陽極的僅有的水分。
128.權利要求13所述的液體燃料電池，其中，沒有外部水分加入燃料電池。
129.權利要求15所述的液體燃料電池，其中，沒有外部水分加入燃料電池。
130.一種用于具有陰極和陰極的液體燃料電池中液體處理的方法，所述方法包括下述步驟(a)從所述陰極中芯吸水分到一個與所述陰極流體連通的陰極芯吸結構中，其中，所述陰極芯吸結構包括一種可芯吸水分到其中且水分可從其中釋放出來的陰極芯吸材料，所述陰極芯吸材料具有陰極芯吸材料最長尺寸和大于所述陰極芯吸材料最長尺寸一半的第一自由起發(fā)芯吸高度；(b)從所述陰極芯吸結構中釋放出水；(c)提供一種濃縮的液體燃料源；(d)使步驟(b)中的陰極芯吸結構中釋放出來的水與來自所述源的濃縮液體燃料進行混合，以形成一種含水液體燃料；和此后(e)通過輸送所述含水液體燃料混合物到所述陽極，為所述陽極提供含水液體燃料。
131.權利要求130所述方法，其中，步驟(b)是通過使用一種水汲取裝置從所述陰極芯吸結構中汲取水分以輸送水分到一個水流動通路之中而實現(xiàn)的。
132.權利要求131所述方法，其中，步驟(b)是通過使用一種泵從所述陰極芯吸結構中汲取水分以輸送水分到一個水流動通路之中而實現(xiàn)的。
133.權利要求131所述方法，其中，步驟(b)是通過使用一種虹吸油芯從所述陰極芯吸結構中汲取水分以輸送水分到一個水流動通路之中而實現(xiàn)的。
134.權利要求130所述方法，其中，步驟(e)是通過輸送所述含水液體燃料到一個結合在所述陽極中或與所述陽極流體連通的陽極芯吸結構中而實現(xiàn)的，其中，所述陽極芯吸結構包括一個陽極芯吸材料，它可芯吸所述含水液體燃料到其中且所述含水液體燃料可從其中釋放出來，所述陽極芯吸材料具有陽極芯吸材料最長尺寸和大于所述陽極芯吸材料最長尺寸一半的自由起發(fā)芯吸高度。
135.權利要求1所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構是在外部但與所述陰極是流體連通的，所述陰極還包括第一陰極表面和第二陰極表面，所述第二陰極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陰極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陰極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陰極芯吸結構表面，所述第二陰極芯吸結構表面朝向所述陰極，所述第一陰極芯吸結構表面避開所述陰極。
136.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構是在外部但與所述陰極是流體連通的，所述陰極還包括第一陰極表面和第二陰極表面，所述第二陰極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陰極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陰極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陰極芯吸結構表面，所述第二陰極芯吸結構表面朝向所述陰極，且所述第一陰極芯吸結構表面避開所述陰極。
137.權利要求26所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是在外部但與所述陽極是流體連通的，所述陽極還包括第一陽極表面和第二陽極表面，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面朝向所述陽極，且所述第一陽極芯吸結構表面避開所述陽極。
138.權利要求136所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構是在外部但與所述陽極是流體連通的，所述陽極還包括第一陽極表面和第二陽極表面，所述第二陽極表面鄰近于所述固體聚合物電解質膜，所述第一陽極表面避開所述固體聚合物電解質膜和所述陽極芯吸結構是平坦的，且具有第一和第二陽極芯吸結構表面，所述第二陽極芯吸結構表面朝向所述陽極，且所述第一陽極芯吸結構表面避開所述陽極。
139.權利要求135所述液體燃料電池，其中所述第二陰極芯吸結構其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以輸送一定數(shù)量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
140.權利要求139所述液體燃料電池，其中所述第二陰極芯吸結構其上具有多個溝槽，且其中所述溝槽的數(shù)目和尺寸足以輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
141.權利要求135所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其尺寸足以輸送一定數(shù)量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
142.權利要求141所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，且其中所述小孔的數(shù)目和尺寸，足以輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
143.權利要求136所述液體燃料電池，其中所述第二陰極芯吸結構其上具有至少一個溝槽，其尺寸足以輸送一定量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
144.權利要求143所述液體燃料電池，其中所述第二陰極芯吸結構其上具有多個溝槽，且其中所述溝槽的數(shù)目和尺寸足以輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
145.權利要求136所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其尺寸足以輸送一定數(shù)量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
146.權利要求145所述液體燃料電池，其中所述陰極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，且其中所述小孔的數(shù)目和尺寸，足以輸送有效量的氣體氧化劑到所述陰極以便在所述陰極進行氧化反應。
147.權利要求137所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
148.權利要求147所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，其中所述小孔的數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
149.權利要求138所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有一定厚度且限定至少一個小孔透過所述厚度，其尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
150.權利要求149所述液體燃料電池，其中所述陽極芯吸結構具有多個透過所述厚度的小孔，其中所述小孔的數(shù)目和尺寸足以允許二氧化碳從所述陽極排出。
全文摘要
在本發(fā)明中，直接液體燃料電池特別是直接甲醇燃料電池中水的回收，是通過引入一種鄰近于陰極的、由一種芯吸材料(它可為一種復合材料)組成的芯吸結構而實現(xiàn)的。所述芯吸材料具有的自由起發(fā)芯吸高度至少為其最長尺寸的一半。所述芯吸材料可選自泡沫體、編織的纖維、捆扎的纖維、紡織纖維和非紡織纖維。在一種實施方案中，透過所述薄片厚度形成小孔或穿孔，并有一個導電層鄰近于、粘附在或涂布所述芯吸材料的至少一個表面上。為了再循環(huán)水，在鄰近所述陽極結合有一個芯吸材料的第二芯吸結構，在所述第一和第二芯吸結構之間具有一個液體流動通路。吸收的水流過所述液體流動通路，與燃料進行混合并輸送到鄰近所述陽極的第二芯吸結構中。
文檔編號H01M8/00GK1402371SQ02140529
公開日2003年3月12日 申請日期2002年7月1日 優(yōu)先權日2001年6月29日
發(fā)明者馬克R·金克拉爾, 安德魯M·湯普森 申請人:L.P.福梅克斯公司