[發明專利]一種直接液體燃料電池系統燃料進料方法

有效

• 申請號: 200910248452.0
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN102104161A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 孫公權;陳利康;孫海;趙鋼;秦兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/22
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術領域

本發明涉及直接液體燃料電池系統燃料進料方法，該方法通過減少系統中運動部件的使用，降低了系統的能耗，同時系統中節流閥的制造與使用方便靈活，更易于系統的集成及系統可靠性的提高。另一方面，該方法通過降低氣液分離器中燃料的濃度，減少了燃料的損失，提高了系統的燃料利用率。

背景技術

直接液體燃料電池是將燃料(甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、甲酸、乙酸)中的化學能直接轉化為電能的一種電化學反應裝置。由于這類燃料的比能量密度高，燃料電池系統結構簡單等優點，該類電池在便攜式移動電源領域具有廣闊的應用前景。

在直接液體燃料電池系統運行過程中，為提高系統的能量密度，往往采用高濃度燃料甚至是純燃料進料，但是為降低燃料滲透對電池性能和穩定性的影響，在燃料進電堆前需要對高濃度燃料或者是純燃料進行稀釋。同時，需要對陽極排出物進行氣液分離，以排除二氧化碳，回收未反應的燃料和水。所以系統中常將補充的高濃度燃料或者是純燃料與回收的燃料與水混合液在氣液分離器中進行混合，并調節至系統所需的濃度，再作為反應燃料進入電堆陽極。而將高濃度燃料或者是純燃料補充到電堆陽極循環系統中的方法通常是通過運動部件液體泵來實現的，但液體泵的采用通常會增大系統的能耗，降低系統的能量密度和系統的可靠性。

目前關于燃料進料的方法對直接液體燃料電池系統燃料利用率及系統能量密度影響的文獻和公開專利仍然很少。

美國專利20080063912公開了一種直接甲醇燃料電池系統，其中純甲醇通過液體泵直接補充到燃料混合腔中，與回收的醇水混合液混合至系統所需的濃度后再作為反應物進入燃料電池電堆陽極進行反應。

美國專利20060081130公開了一種直接甲醇用氣液分離器，該氣液分離器陰極水回收和陽極氣體分離集成為一體，提高了部件的集成度。其中純甲醇直接泵入液體室調節至系統所需的濃度，再給電堆進料。

發明內容

本發明針對以上現有技術的不足，提供一種直接液體(甲醇、乙醇、乙二醇等)燃料電池系統的燃料進料方法。

本發明采用的具體技術方案包括以下內容：

一種直接液體燃料電池系統燃料進料方法，所述直接液體燃料電池系統包括直接液體燃料電池電堆、換熱器、氣液分離器、燃料罐，其中電堆陰極出口的氣液混合物經換熱器后進入氣液分離器，電堆陽極出口的氣液混合物通過管路直接進入氣液分離器，氣液分離器物料出口與電堆的陽極入口通過管路連接，在它們的連接管路上依次設置有節流閥和液體泵，在節流閥與液體泵之間設置有支路，支路經由電磁閥與燃料罐管路連接，燃料罐中的燃料通過經由氣液分離器物料出口與電堆的陽極入口間的連接管路進入電堆的陽極，且在電堆的陽極入口處設置有濃度傳感器；濃度傳感器的輸出信號經由一控制器處理后，由控制器通過導線與電磁閥電連接。

所述控制器由單片機、電阻、三極管和繼電器組成；燃料濃度傳感器與單片機信號連接，單片機接收所述燃料濃度傳感器的輸出信號，并與單片機內部設定的燃料濃度值進行邏輯比較判斷，單片機的輸出信號通過電阻連接到三極管的基極，三極管的發射極接地，三極管的集電極與繼電器控制端線路連接，三極管控制繼電器主回路的通斷，電磁閥或具有截止功能的微型泵接于繼電器的主回路上，繼電器再控制電磁閥或具有截止功能的微型泵的開啟或關閉。

或，所述控制器由單片機、場所效應管和繼電器組成；燃料濃度傳感器與單片機信號連接，單片機接收所述燃料濃度傳感器的輸出信號，并與單片機內部設定的燃料濃度值進行邏輯比較判斷，單片機的輸出信號連接到場所效應管的柵極，場所效應管的源極或漏極接地，場所效應管的漏極或源極與繼電器控制端線路連接，場所效應管控制繼電器主回路的通斷，電磁閥或具有截止功能的微型泵接于繼電器的主回路上，繼電器再控制電磁閥或具有截止功能的微型泵的開啟或關閉。所述燃料是指甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、甲酸、乙酸中的一種或一種以上的混合溶液。

所述燃料罐中的燃料的摩爾濃度高于氣液分離器中的燃料的摩爾濃度；直接液體燃料電池系統電堆陽極的燃料進料濃度由位于進料管路上的濃度傳感器監測和控制。

所述節流閥為耐燃料腐蝕的材料制成，如：聚醚酰亞胺(PEI)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)等。

本發明具有以下優點：