TWI419401B - 燃料電池系統 - Google Patents

Description

燃料電池系統

本發明是有關於一種電池系統，且特別是有關於一種燃料電池系統。

燃料電池具有高效率、低噪音、無污染的優點，是符合時代趨勢的能源技術。燃料電池區分為多種類型，常見的為質子交換膜型燃料電池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)以及直接甲醇燃料電池(direct methanol fuel cell,DMFC)。以直接甲醇燃料電池為例，直接甲醇燃料電池的燃料電池模組是由質子交換膜(proton exchange membrance)及設置於質子交換膜兩側的陰極(cathode)與陽極(anode)所組成。

直接甲醇燃料電池是使用甲醇水溶液作為燃料，且直接甲醇燃料電池的反應式如下：

陽極：CH₃OH+H₂O → CO₂+6H++6e-

陰極：3/2O₂+6H++6e- → 3H₂O

總反應：CH₃OH+H₂O+3/2O₂ → CO₂+3H₂O

由反應式可知水(H₂O)為陽極的反應物也是陰極的產物，因此，有效利用陰極產生之水供陽極利用，將可有效減少燃料電池的整體體積。此外，直接甲醇燃料電池的甲醇水溶液需維持一定的濃度，以免發生嚴重的甲醇穿透(methanol crossover)現象，降低燃料電池效率及壽命。通 常直接甲醇燃料電池需配置有甲醇燃料罐，其裝載純甲醇或是高濃度的甲醇水溶液，以適時補充燃料電池反應所需的燃料。

直接甲醇燃料電池操作時，陽極產物中同時具有未反應完之甲醇水溶液以及反應所產生的CO2混合在一起，因此CO2必須透過一些開口將其排除以免造成系統內部壓力過大；因此，如果燃料電池系統需要翻轉，必須找出可以提供抗衡重力的氣體排除以及液體抽取的設計，以使系統順利操作。

因此，諸多專利，如美國專利US2007/0190307號、美國專利US 2005/0058862號、美國專利US2007/0077469號、中國專利CN101399348號、美國專利US2009/0246590號以及美國專利US6,462,799號等，皆有提出將反應後的氣液混合物分離的相關技術。舉例而言，美國專利US 2005/0058862號提出一種氣液分離器，其在一封閉空間中透過壓力應用親水阻氣材料與疏水透氣材料將反應後的混合物進行氣液分離。一般而言，親水阻氣材料在單位體積的液體通透率不大。因此，為了液體通透量，需要採用增加面積的方式。此一設計將無法符合產品體積精簡的需求。

進一步而言，US2005/0058862之設計，其分離器僅有親疏水材料的兩個壓力釋放端，在混合物流進分離器的流量較大時，氣液分離器內的液體若無法以足夠大的速率排出，則氣液分離器內將發生壓力過大而使液體通過疏水透氣材料的情形造成漏水。在混合物流進分離器的流量較小 時，氣液分離器內的液體可能完全被排出，而使發生親水阻氣材料無法浸潤於液體中造成氣體由親水阻氣材料排放(也就是會產生漏氣)。整體而言，要有效地將燃料電池中反應後的氣體自混合物中排除及解決整體壓力平衡的問題，並且回收可重複使用的液體，仍是一項重要的課題。

本發明提供一種燃料電池系統，可以在壓力平衡的狀態下，將反應後的氣液混合物分離以維持系統的穩定性。

本發明提出一種燃料電池系統，包括一薄膜電極組(membrane electrode assembly,MEA)、一陰極、一陽極、一氣液傳輸元件、一液體回收元件以及一液體幫浦。陰極配置於薄膜電極組的一側。陽極配置於薄膜電極組的另一側，且與陰極相對。陽極具有一陽極出口與一陽極入口，而陰極具有一陰極出口與一陰極入口。氣液傳輸元件具有一與陽極連接之第一端，且氣液傳輸元件包括一氣液分離部以及一緩衝部。氣液分離部位於緩衝部與第一端之間，其中氣液分離部具有一第一疏水透氣材料以及一第一親水阻氣材料。液體回收元件配置於第一親水阻氣材料的一側，且液體回收元件連接於陽極入口。陽極所排出的一排出流體同時地流經第一疏水透氣材料以及第一親水阻氣材料且有至少部分由氣液傳輸元件的氣液分離部透過第一親水阻氣材料流入液體回收元件以作為一回收液體。液體幫浦連接於液體回收元件，以控制回收液體透過第一親水阻 氣材料流入陽極入口的流量。

基於上述，本發明採用壓力維持元件來維持氣液傳輸元件內部的壓力並在氣液傳輸元件中分離燃料電池系統反應後的氣液混合物。因此，燃料電池系統可以在穩定的壓力狀態下持續進行氣液混合物的分離並回收可重複使用的回收液體。此外，燃料電池系統中的氣液分離作用不受重力方向的改變而影響，所以燃料電池系統不需以固定的方向設置而可以應用於可攜式產品中。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明第一實施例的燃料電池系統示意圖。請參照圖1，燃料電池系統100包括一薄膜電極組(MEA)110、一陰極120、一陽極130、一氣液傳輸元件140、一液體回收元件150以及一液體幫浦170。陰極120配置於薄膜電極組110的一側，陽極130配置於薄膜電極組110的另一側，且陽極130與陰極120相對。陰極120具有一陰極入口122以及一陰極出口134，而陽極130具有一陽極入口132以及一陽極出口134。氣液傳輸元件140具有一與陽極出口134連接之第一端140A。液體回收元件150配置於氣液傳輸元件140的一側，且液體回收元件150連接於陽極130的陽極入口132。此外，液體幫浦170連接於液體回收元件150，且液體回收元件150實質上是透過 液體幫浦170連接於陽極130的陽極入口132。

具體而言，氣液傳輸元件140包括一氣液分離部142以及一緩衝部144。氣液分離部142位於緩衝部144與第一端140A之間，其中氣液分離部142具有一第一疏水透氣材料142A以及一第一親水阻氣材料142B。液體回收元件150實質上配置於第一親水阻氣材料142B的一側。陽極130在反應後所產生及剩餘的物質會以氣液混合物的狀態排出，此氣液混合物在本實施例中例如稱為排出流體。

在本實施例中，排出流體例如會同時地流經第一疏水透氣材料142A以及第一親水阻氣材料142B且有至少一部分的排出流體可以由氣液傳輸元件140的氣液分離部142透過第一親水阻氣材料142B流入液體回收元件150以作為一回收液體。此時，液體幫浦170便可用以控制回收液體透過第一親水阻氣材料142B並流入陽極入口132的流量。

值得一提的是，緩衝部144可由一容積可調變的元件構成，其可以維持氣液傳輸元件140內部的壓力。當排出流體流入氣液傳輸元件140的較多時，緩衝部144的體積可以增大以容置較多量的排出流體。反之，緩衝部144的體積則可以縮小。如此一來，氣液分離部142可在穩定的壓力下使排出流體進行氣液分離，並且藉此維持燃料電池系統100的工作穩定性。

詳言之，排出流體的流量大於第一親水阻氣材料142B的液體滲透量時，氣液分離部142可能因無法及時排出液 體而承受高於正常狀態的壓力。緩衝部144為了維持元件內的壓力可可以增大體積以容置較多量的排出流體。此時，仍然位於氣液分離部142的部份排出流體會持續進行氣液分離而使氣體由第一疏水透氣材料142A排出且使液體由第一親水阻氣材料142B流入液體回收元件150。位於緩衝部144中的部份排出流體則暫不進行氣液分離。如此一來，氣液分離部140中可保持穩定的壓力，以避免因不當的壓力使第一疏水透氣材料142漏水或是第一親水阻氣材料142B漏氣的情形。

另一方面，排出流體流量小於第一親水阻氣材料142B的液體滲透量時，氣液分離部142可能因液體已大部分流入液體回收元件150而呈現低於正常狀態的壓力。緩衝部144為了維持元件內的壓力而可縮減體積以使位於緩衝部144中的部份排出流體重新流回氣液分離部142中。此時，原本位於緩衝部144中的部份排出流體可再次流回氣液分離部142而進行氣液分離。換言之，在排出流體流量較小時，氣液分離部142中仍填充有足夠的排出流體且回收液體可持續地產生。如此一來，氣液分離部140的第一親水阻氣材料142B可持續地浸潤於液體中而使第一親水阻氣材料142B常保親水阻氣的特性。值得一提的是，本實施例的第一疏水透氣材料142A與第一親水阻氣材料142B在透氣度以及透水量上可隨材料的選擇或是設計的需求而定，其不限定於特定範圍中。

進一步而言，液體幫浦170以較大的速率抽吸回收液 體時，第一親水阻氣材料142B可以具有較高的液體滲透速率而使氣液分離部142內的壓力下降較快。一旦氣液分離部142內的壓力低於正常狀態，緩衝部144可藉著縮減體積以使位於緩衝部144中的排出流體流入氣液分離部142中。藉此，燃料電池系統100實質上維持在一動態平衡的狀態。

相反地，若液體幫浦170以較小的速率抽吸回收液體，則第一親水阻氣材料142B的液體滲透速率較低。由陽極130產生的排出流體可能無法即時進行氣液分離，而造成氣液分離部142的壓力超過正常狀態。此時，緩衝部144可增大體積以使位於氣液分離部142中的排出流體流入緩衝部144中。換言之，本實施例可以藉著液體幫浦170與緩衝部144的調整來維持氣液傳輸元件140內的壓力恆定，以使氣液分離部142持續地進行氣液分離而不會發生漏氣或是漏水的狀態。

液體幫浦170的設置可令燃料電池系統100隨不同的使用需求來調整第一親水阻氣材料142B的液體滲透速率。因此，本實施例不需為了提高氣液分離效率而使用大面積的親水阻氣材料與疏水透氣材料，其有助於精簡燃料電池系統100的體積。此外，體積可調變的緩衝部144可使氣液分離部142正常地進行氣液分離，而有助於讓燃料電池系統100正常地運作。

進一步來說，本實施例不需使排出流體中的氣體與液體在一分離腔體內分層而達成彼此分離的作用。因此，燃 料電池系統100不須根據重力方向以特定的方式設置。在上下顛倒的狀態或是傾斜的狀態下，燃料電池系統100的氣液分離部142仍可正常地進行氣液分離，因此燃料電池系統100可進一步應用在可攜式產品中，諸如電動車、相機、行動電腦、手機、吸塵器等等。

圖2繪示為本發明第二實施例的燃料電池系統示意圖。請參照圖2，燃料電池系統200包括一薄膜電極組110、一陰極120、一陽極130、一氣液傳輸元件240、一液體回收元件150、一氣體幫浦260、一液體幫浦170以及一第二疏水透氣材料246。在本實施例中，薄膜電極組110、陰極120、陽極130、液體回收元件150以及液體幫浦170的配置方式與第一實施例所述相同，因此標示這些元件所採用的元件符號相同於第一實施例所述。也就是說，陰極120與陽極130配置於薄膜電極組110的相對兩側。液體回收元件150配置於氣液傳輸元件240的一側，且液體回收元件150連接於陽極160。此外，液體幫浦170連接於液體回收元件150，以控制回收液體的流量。

在本實施例中，氣液傳輸元件240包括有氣液分離部242以及緩衝部244。氣液分離部242位於緩衝部244與陽極130之間，並具有一第一疏水透氣材料242A以及一第一親水阻氣材料242B。液體回收元件150實質上配置於第一親水阻氣材料242B的一側，且液體回收元件150連接於陽極130。如此一來，由氣液傳輸元件240分離出來的回收流體可以藉由液體回收元件150來回收。

氣液傳輸元件240的緩衝部244例如定義出一流道(如圖2所示)，其例如是迂迴狀流道。舉例而言，緩衝部244可以是管狀元件，或是一畫刻有流道的平板狀元件。此外，氣液傳輸元件240具有一與陽極130連接之第一端240A以及一與陰極120連接之第二端240B，以使流道與陰極出口124連通。燃料電池系統200中，第二疏水透氣材料246配置於緩衝部244上，鄰近陰極出口124，而氣體幫浦260連接於陰極120的陰極入口122並透過陰極120間接連接至氣液傳輸元件240之第二端240B。也就是說，本實施例將氣液傳輸元件240連接於陰極120並在緩衝部244上進一步地配置有第二疏水透氣材料246以將陰極120所產生的氣體排出並且搭配氣體幫浦260的設置而有助於維持氣液傳輸元件240內的壓力。

以本實施例而言，氣體幫浦260與第二疏水透氣材料246的設置有助於使氣液傳輸元件240內部的壓力維持恆定，且此壓力即為陰極120的洩壓壓力。因此，氣液分離部242可持續地進行氣液分離作用，且第一疏水透氣材料242A以及第一親水阻氣材料242B不容易因壓力不適當而發生漏水與漏氣的情形。也就是說，燃料電池系統200可具有良好的氣液分離作用以更有效地將可重複使用的回收液體回收起來。此外，排出流體可藉著毛細現象填滿於氣液傳輸元件240中，並直接在氣液分離部242受到氣液分離。本實施例不需按照固定的方向設置燃料電池系統200以藉由重力使氣液分層並分離。所以，燃料電池系統200 可進一步應用於可攜式或是可活動式的產品當中。

圖3繪示為本發明第三實施例的燃料電池系統的示意圖。請參照圖3，燃料電池系統300實質上與燃料電池系統200大致相同，因此本實施例中部份元件符號與第二實施例所述相同。亦即，這些相同的元件符號標示著相同的元件。不過，在本實施例中，第二疏水透氣材料246的數量例如為一個，並且氣液分離部242包括有第一疏水透氣材料342A、第一親水阻氣材料342B以及一阻流結構342C。阻流結構342C位於第一疏水透氣材料342A與陽極130之間，並且至少一部份的第一親水阻氣材料342B對應於阻流結構342C。

具體而言，本實施例的阻流結構342C例如是氣液分離部340內部凸伸的多個阻流凸起P。不過在其他的實施例中，阻流結構342C可以是配置於氣液分離部340內的多個阻流塊(未繪示)或是一突縮管、一突擴管、一蜿蜒流道或一疏水性之孔洞材料。陽極130所排出的排出流體由第一端340A流入氣液傳輸元件340後，會先經過一側為第一親水阻氣材料342B另一側為阻流結構342C的部份。此時，排出流體的流速會減緩而受到第一親水阻氣材料342B的作用流入液體回收元件150，並且未被排除的氣體則保留於氣液傳輸元件340中並於第一疏水透氣材料342A排放出去。

詳言之，排出流體先期於氣液分離部342上游處(也就是一側設有第一親水阻氣材料342B另一側設有阻流結構 342C的部份)藉由液體幫浦170抽取排出流體中的液體部份進入液體回收元件150。如此一來，排出流體中進入氣液分離部342下游處(也就是一側設有第一親水阻氣材料342B另一側設有第一疏水透氣材料342A的部份)的液體量大幅減少。由於下游處的液體量的減少，使得氣液分離部342下游處的第一疏水透氣材料342A被液體阻擋的面積隨之減少。因此，氣體可以排除的面積增加，使得排氣更為容易，排氣效率提昇。

另外，排出流體一般由陽極130排出時具有一定的溫度(例如50℃~80℃)。排出流體剛排出陽極130就分離出來的氣體所呈現的溫度較外界高溫，因而容易在透氣材料上發生凝結，進而使得排氣面積被液體堵住而降低排氣效率。為了避免上述情形，本實施例使得排出流體中的液體成分先分離出來並流入於液體回收元件150中，之後才使得氣體成份由相對下游的第一疏水排氣材料342A排出。因此，在本實施例中，排放氣體時，排出流體的溫度已經相對下降而不容易發生凝結。換言之，本實施例在相對下游處才進行氣體的排放可以避免氣體凝結的現象發生，從而達到理想的氣體排放效率。

圖4繪示為本發明第四實施例的燃料電池系統示意圖。請參照圖4，燃料電池系統400除了第二實施例中所述的一薄膜電極組110、一陰極120、一陽極130、一氣液傳輸元件240、一液體回收元件150、一氣體幫浦260、一液體幫浦170以及一第二疏水透氣材料246外，更包括一 第三疏水透氣材料410、氣體儲放元件420、第四疏水透氣材料430以及第二親水阻氣材料440。

在本實施例中，第三疏水透氣材料410配置於緩衝部244上，而且氣體儲放元件420與緩衝部244分別位於第三疏水透氣材料410的相對兩側。也就是說，氣體儲放元件420透過第三疏水透氣材料410連接於緩衝部244所定義的流道。第四疏水透氣材料430設置於氣體儲放元件420遠離緩衝部244的末端，而第二親水阻氣材料440與第四疏水透氣材料430配置於氣體儲放元件420的相對兩側。此外，第二親水阻氣材料440配置於氣體儲放元件420的末端與液體回收元件150之間。

位於氣體儲放元件410中的氣體可以由設置在末端的第四疏水透氣材料430排出至外界。因此，本實施例可以利用第二疏水透氣材料246以及第四疏水透氣材料430的氣體排放量來調整氣液傳輸元件240內的壓力。

更進一步而言，本實施例在氣體儲放元件420末端還設有連接至液體回收元件150的第二親水阻氣材料440。因此，氣體若在氣體儲放元件420中凝結成液體時，可以藉由第二親水阻氣材料440將凝結出來的液體傳遞至液體回收元件150中。

圖5繪示為本發明第五實施例的燃料電池系統。請參照圖5，燃料電池系統500實質上是在第二實施例的燃料電池系統200中的氣液傳出元件240新增了一分支544以及一壓力遞減元件(pressure drop device)580。分支544透 過壓力遞減元件580連通於液體回收元件150，以藉由分支544與壓力遞減元件580的設置來調整液體回收元件150中的液體濃度以及溫度。舉例而言，壓力遞減元件580可以是一流速調節元件，其例如為元件徑0.2mm、長度8mm的細長元件。另外，壓力遞減元件580也可以是一親水阻氣材料，其設置面積可小於第一親水阻氣材料242B的面積。在一實施例中，可以造成(流量下降)的結構或是材料設計都可以作為壓力遞減元件580的實施方式，而以上描述之細元件規格以及材料面積僅是舉例說明之用，而非用以限定本發明。

具體而言，壓力遞減元件580的設計條件可配合燃料電池系統500本體每分鐘燃料消耗量而定。通過壓力遞減元件580之流量僅需略大於或者等於電池本體的燃料消耗量即可。舉例來說，若電池本體消耗量為3ml/min，則通過壓力遞減元件580的液體通過量可以為3ml/min，或>3ml/min，但不宜太大，也不能<3ml/min。若壓力遞減元件580的液體通過量太小可能使親水阻氣材料242B無法潤濕，而抽到氣體。

詳言之，分支544中例如填充有部分的排出流體，而壓力遞減元件580可以控制這些排出流體由分支544流入於液體回收元件150的流量。一般而言，由第一親水阻氣材料242B流入液體回收元件150的液體在溫度上較緩衝部244以及分支544內的液體高溫。因此，本實施例可藉由壓力遞減元件580來控制分支544中液體的流量以使回 收液體具有所需的溫度。

相似地，排出流體隨燃料電池系統500的輸出功率以及甲醇滲透量不同而有不同的組成濃度。因此，緩衝部244以及分支544中的液體組成成分不同於氣液分離部242中的液體組成成分。若回收液體在特定組成濃度下可以較有效率的被重複利用或是回收液體需控制在特定濃度時，則燃料電池系統500可以藉著壓力遞減元件580來調整分支544中液體的流量以使液體回收元件150中的回收液體具有所需的濃度。值得一提的是，分支544中液體的流量與液體流經第一親水阻氣材料242B的流量的總和為回收液體透過液體幫浦170被抽吸回收的流量。不過，本實施例並不限定分支544中液體的流量需大於或是等於排出流體中液體流經第一親水阻氣材料242B的流量，使用者可以隨不同的需求與產品設計來調整這些參數。值得一提的是，在一實施例中，也可選擇以第三實施例所繪示的氣液分離部342來取代圖5中的氣液分離部242。

此外，圖6繪示為本發明第六實施例的燃料電池系統示意圖。請參照圖6，燃料電池系統600除了第五實施例中燃料電池系統500所具有的元件外，更包括一第二親水阻氣材料690。此外，第二親水阻氣材料690配置於氣液分離部242與緩衝部244之間，且陽極130所排出的排出流體流入輔助液體回收元件150以及緩衝部244之前係先流經第二親水阻氣材料690。也就是說，本實施例使得排出流體中的氣體部分大致上在氣液分離部242完全地排 除，以使其他元件(諸如緩衝部244、分支544以及液體回收元件150)中僅有液體部份存在。如此一來，分支544中所填充的物質僅有液體而可避免氣體部分由分支544流入液體回收元件150造成回收液體的汙染。在一實施例中，也可選擇以第三實施例所繪示的氣液分離部342來取代圖4中的氣液分離部242。

圖7繪示為本發明第七實施例的燃料電池系統示意圖。請參照圖7，燃料電池系統700包括薄膜電極組110、陰極120、陽極130、氣液傳輸元件340包括緩衝部244、第一疏水透氣材料342A、第一親水阻氣材料342B以及阻流結構342C)、液體回收元件150、氣體幫浦260、液體幫浦170、第二疏水透氣材料246、分支544、壓力遞減元件580、第三疏水透氣材料410、氣體儲放元件420、第四疏水透氣材料430、第二親水阻氣材料440、690、燃料槽710、燃料幫浦720以及冷凝器730。也就是說，本實施例是結合了上述第二、三、四、五、六實施例的元件，並且新增了燃料槽710、燃料幫浦720以及冷凝器730所構成的燃料電池系統700。

本實施例中，大部分的構件之間的連接關係已於前述多個實施例中所描述，因此以下將針對燃料槽710、燃料幫浦720以及冷凝器730的配置位置進行描述。燃料槽710例如是透過燃料幫浦720連接於陽極130的陽極出口。另外，冷凝器730則設置於緩衝部244上，位在第二疏水透氣材料246與第一疏水透氣材料342A、第一親水阻氣材料 342B以及阻流結構342C所構成的氣液分離部之間。

綜上所述，本發明利用連接於陽極的氣液傳輸元件來進行氣液分離並回收液體，其中氣液傳輸元件內的壓力藉由一緩衝部的設置而大致上維持穩定。因此，氣液傳輸元件上的氣液分離部可以穩定且持續地將陽極所排出的排放流體進行氣液分離。氣液分離後的液體可以回收再利用。換言之，本發明的燃料電池系統具有穩定性良好的液體回收及壓力平衡設計。另外，氣液傳輸元件中的氣體與液體不需分層就可以被分離，因此燃料電池系統在使用時不需以特定的方向設置而可進一步地應用在可攜式或是可活動式的產品當中。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400、500、600、700‧‧‧燃料電池系統

110‧‧‧薄膜電極組

120‧‧‧陰極

122‧‧‧陰極入口

124‧‧‧陰極出口

130‧‧‧陽極

132‧‧‧陽極入口

134‧‧‧陽極出口

140、240、340‧‧‧氣液傳輸元件

140A、240A、340A‧‧‧第一端

142、242、342‧‧‧氣液分離部

142A、242A、342A‧‧‧第一疏水透氣材料

142B、242B、342B‧‧‧第一親水阻氣材料

144、244‧‧‧緩衝部

150‧‧‧液體回收元件

170‧‧‧液體幫浦

240B‧‧‧第二端

246‧‧‧第二疏水透氣材料

260‧‧‧氣體幫浦

342C‧‧‧阻流結構

410‧‧‧第三疏水透氣材料

420‧‧‧氣體儲放元件

430‧‧‧第四疏水透氣材料

440、690‧‧‧第二親水阻氣材料

544‧‧‧分支

580‧‧‧壓力遞減元件

710‧‧‧燃料槽

720‧‧‧燃料幫浦

730‧‧‧冷凝器

P‧‧‧阻流凸起

圖1繪示為本發明第一實施例的燃料電池系統示意圖。

圖2繪示為本發明第二實施例的燃料電池系統示意圖。

圖3繪示為本發明第三實施例的燃料電池系統的示意圖。

圖4繪示為本發明第四實施例的燃料電池系統示意 圖。

圖5繪示為本發明第五實施例的燃料電池系統示意圖。

圖6繪示為本發明第六實施例的燃料電池系統示意圖。

圖7繪示為本發明第七實施例的燃料電池系統示意圖。

100‧‧‧燃料電池系統

110‧‧‧薄膜電極組

120‧‧‧陰極

122‧‧‧陰極入口

124‧‧‧陰極出口

130‧‧‧陽極

132‧‧‧陽極入口

134‧‧‧陽極出口

140‧‧‧氣液傳輸元件

140A‧‧‧第一端

142‧‧‧氣液分離部

142A‧‧‧第一疏水透氣材料

142B‧‧‧第一親水阻氣材料

144‧‧‧緩衝部

150‧‧‧液體回收元件

170‧‧‧液體幫浦

Claims (18)

1. 一種燃料電池系統，包括：一薄膜電極組；一陰極，配置於該薄膜電極組的一側，並包含一陰極入口與一陰極出口；一陽極，配置於該薄膜電極組的另一側，且與該陰極相對，並包含一陽極入口與一陽極出口；一氣液傳輸元件，具有一與該陽極出口連接之第一端，且該氣液傳輸元件包括一氣液分離部以及一緩衝部，該氣液分離部位於該緩衝部與該第一端之間，其中該氣液分離部具有一第一疏水透氣材料以及一第一親水阻氣材料；一液體回收元件，配置於該第一親水阻氣材料的一側，且該液體回收元件連接於該陽極入口，其中該陽極所排出的一排出流體同時地流經該第一疏水透氣材料以及該第一親水阻氣材料且有至少一部分由該氣液傳輸元件的該氣液分離部透過該第一親水阻氣材料流入該液體回收元件以作為一回收液體；以及一液體幫浦，連接於該液體回收元件，以控制該回收液體透過該第一親水阻氣材料流入該陽極入口的流量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池系統，其中該緩衝部為一容積可調變的容置元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池系統，其中該緩衝部定義出一流道，且該氣液傳輸元件之第二端連 接於該陰極出口以使該流道與該陰極出口連通。
4. 如申請專利範圍第3項所述之燃料電池系統，更包括一氣體幫浦以及一第二疏水透氣材料，該第二疏水透氣材料配置於該緩衝部上，鄰近該陰極出口，而該氣體幫浦連接於該陰極的該陰極入口並透過該陰極間接連接至該氣液傳輸元件之該第二端。
5. 如申請專利範圍第3項所述之燃料電池系統，其中該流道為迂迴狀。
6. 如申請專利範圍第3項所述之燃料電池系統，其中該氣液傳輸元件更包括一分支以及一壓力遞減元件，該分支連接於該緩衝部且該分支透過該壓力遞減元件連通於該液體回收元件。
7. 如申請專利範圍第6項所述之燃料電池系統，更包括一第二親水阻氣材料，配置於該氣液分離部與該緩衝部之間，且該陽極所排出的該排出流體流入該緩衝部以及該分支之前係先流經該第二親水阻氣材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之燃料電池系統，其中該壓力遞減元件為一細長元件或一第三親水阻氣材料。
9. 如申請專利範圍第3項所述之燃料電池系統，更包括一氣體儲放元件以及一第二疏水透氣材料，且該氣體儲放元件透過該第二疏水透氣材料連接於該緩衝部所定義的該流道。
10. 如申請專利範圍第9項所述之燃料電池系統，更包括一第三疏水透氣材料，配置於該氣體儲放元件遠離該 緩衝部的末端。
11. 如申請專利範圍第10項所述之燃料電池系統，更包括一第二親水阻氣材料，配置於該氣體儲放元件的該末端與該液體回收元件之間，並與該第三疏水透氣材料相對。
12. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池系統，其中該陽極所排出的該排出流體更有至少另一部份由該氣液分離部流至該緩衝部中。
13. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池系統，其中該氣液分離部更具有至少一阻流結構，位於該第一疏水透氣材料與該陽極之間，至少部分的第一親水阻氣材料對應於該至少一阻流結構。
14. 如申請專利範圍第13項所述之燃料電池系統，其中該至少一阻流結構包括配置於該氣液分離部內的多個阻流塊。
15. 如申請專利範圍第13項所述之燃料電池系統，其中該至少一阻流結構包括向該氣液分離部內凸伸的多個阻流凸起。
16. 如申請專利範圍第13項所述之燃料電池系統，其中該至少一阻流結構包括一突縮管、一突擴管、一蜿蜒流道或一疏水性之孔洞材料。
17. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池系統，更包括一燃料槽以及一燃料幫浦，該燃料槽透過該燃料幫浦連接於該陽極出口。
18. 如申請專利範圍第1項所述之燃料電池系統，更包括一冷凝器，配置於該緩衝部上。