[發明專利]一種自主熱控流速的直接甲醇燃料電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201010228048.X
• 申請日: 2010-07-16
• 公開（公告）號: CN101894960A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 張宇峰;王路文;樊琪;王詩博;劉曉為
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M4/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及直接甲醇燃料電池系統領域，具體的說是利用溫控閥控制并優化供液流速的新方法以及可溫控流速的液體燃料電池系統的新結構。

(二)背景技術

燃料電池是一種新型的發電裝置，直接將化學能轉變成電能。其種類包括：堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、質子交換摸燃料電池。

其中，質子交換膜燃料電池(PEMFC)因其輸出性能高、工作溫度低、啟動速度快等特點，優于其他燃料電池。直接甲醇燃料電池(DMFC)由于是以液體甲醇為燃料，更適用于筆記本電腦、手機、掌上電腦等便攜式電子設備及車載電源。

在DMFC中，其穩定工作條件包括：電池組流速、工作溫度、以及工作電壓電流。而其每種條件都是相互影響，相互制約的。流速可為電池提供充足的燃料以供反應，并且流速的加快還能夠帶走更多的熱量從而影響電池的溫度。而工作的溫度升高又能大大地提高電池性能，產生更大的電流。而直接甲醇燃料電池本身還有一定內阻，大電流又會使電池放出大量熱。因此，對于電池組整體工作條件的控制是十分復雜的。要使得微型直接甲醇燃料電池組穩定工作，就要兼顧上述三種條件。使得在工作時每種條件都達到穩定的輸入和輸出的平衡。以工作溫度為例，要達到工作溫度的穩定，就要使得電池達到熱量產生和散發的平衡。而熱量的產生取決于工作電流大小，而產生的熱量會提高電池內的電化學反應從而增大電流。因此，協調好三者的關系顯得十分重要，而其穩定的工作條件即為在一定的流速下、達到一個穩定的電流電壓輸出、而此時電池的工作溫度也基本恒定。此時，其熱量輸入輸出達到平衡。

(三)發明內容

本發明的目的是通過將溫控微閥與直接甲醇燃料電池集成于一體，通過工作中電池本身的反應熱調節供液流速。最終達到一個流速、溫度、功率輸出的平衡，提高電池的工作穩定性。

本發明的目的是這樣實現的：一種可溫控流速的直接甲醇燃料電池系統，它包括微閥封裝板1、陽極極板4、膜電極6和陰極極板7。微閥封裝板1連接陽極極板4的a面、陽極極板4的b面連接膜電極6、膜電極6連接陰極極板7；陽極板4的材料為導熱材料，為金屬、硅或石墨；利用雙面化學刻蝕技術對陽極極板4的a、b兩面進行加工，a面蝕刻出溫控閥微溝道2，b面蝕刻出蛇形溝道8；其中，a面的溫控閥微溝道2的一端為燃料進液口3，另一端為通孔9；b面的蛇形溝道8，一端為通孔9，另一端為燃料出液口5；溫控閥微溝道2和陽極蛇形溝道8以通孔9連接。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.所述的膜電極6是MEA。

2.陽極極板4與微閥封裝板1結合，形成溫控流速閥單元；陽極極板4與陰極極板7將膜電極6與絕緣材料夾在一起形成直接甲醇燃料電池發電單元。

3.所述的陰極極板7上的溝道為平行自呼吸結構。

本發明的優點在于：結構新穎，安裝簡單，由于陽極采用導熱較好的材料，工作狀態時，溫控閥微溝道的液體燃料溫度升高，使液體燃料的動態粘滯系數降低，從而導致微溝道內的溶液流速增大，提供更多的燃料以及更大的功率密度，最終使流速、溫度、功率輸出的平衡。從而提高性能及工作穩定性。

(四)附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為陽極極板a面示意圖；

圖3為陽極極板b面示意圖；

圖4為陰極極板上的平行自呼吸結構示意圖；

圖5為裝配圖。

(五)具體實施方案

下面結合附圖舉例對本發明作更詳細的描述：

結合圖1、圖2、圖3，一種可溫控流速的直接甲醇燃料電池系統，包括微閥封裝板1、陽極極板4、膜電極6和陰極極板7。微閥封裝板1連接陽極極板4的a面、陽極極板4的b面連接膜電極6、膜電極6連接陰極極板7；陽極板4的材料為導熱材料，為金屬、硅或石墨；利用雙面化學刻蝕技術對陽極極板4的a、b兩面進行加工，a面蝕刻出溫控閥微溝道2，b面蝕刻出蛇形溝道8；其中，a面的溫控閥微溝道2的一端為燃料進液口3，另一端為通孔9；b面的蛇形溝道8，一端為通孔9，另一端為燃料出液口5；溫控閥微溝道2和陽極蛇形溝道8以通孔9連接。所述的膜電極6是MEA。陽極極板4與微閥封裝板1結合，形成溫控流速閥單元；陽極極板4與陰極極板7將膜電極6與絕緣材料夾在一起形成直接甲醇燃料電池發電單元。所述的陰極極板7上的溝道為平行自呼吸結構。