[發明專利]一種高溫甲醇內重整燃料電池

在審

• 申請號: 201510964234.2
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN106910928A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 孫公權;姬峰;楊林林;孫海;麻勝南
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M8/22
• 分類號: H01M8/22;H01M8/04;H01M8/0258;H01M8/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及到甲醇水蒸氣重整制氫及高溫燃料電池領域，特別涉及到一種高溫甲醇內重整燃料電池。

背景技術

高溫PBI/H₃PO₄燃料電池因其具有水熱管理簡單、熱電聯供系統效率高、反應動力學快、耐CO能力強等優勢而受到越來越多人的關注，其工作溫度一般為160℃-200℃，可用重整氣進料，能耐CO達3％。但是目前最低的甲醇蒸汽重整催化劑的工作溫度在250-300℃，這大大限制了甲醇蒸汽重整器與燃料電池的集成，目前一般將甲醇蒸汽重整與燃料電池分開，即所謂的外重整，但是這加大了系統的復雜度及成本，另外也降低了系統的熱效率。

發明內容

針對以上問題，本發明將甲醇蒸汽重整反應器集成到燃料電池陽極板上，將與氫氣氧化放熱反應集成到一起，為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種高溫甲醇內重整燃料電池，包括自下而上依次層疊的下端板、陽極極板、MEA、陰極極板、上端板；于下端板和陽極極板之間設有重整反應基板；

所述重整反應基板為上表面帶有蛇形流道的流場板，于流道內壁面上設有2個以上的盲孔，盲孔內裝填有甲醇水蒸汽重整催化劑，于流道的二端分別設有甲醇水蒸汽進口及陽極產物出口，甲醇水蒸汽進口與電池陽極燃料進口通道相連；

陽極極板為一側表面帶有流道的流場板，于流道的二端分別設有燃料進口及燃料出口，燃料出口與電池陽極燃料出口通道相連；陽極產物出口與陽極極板的燃料進口相連。

所述重整反應基板上刻有流道，流道上鉆有的盲孔用來裝填重整催化劑，甲醇水蒸氣沿著蛇形流道流動，并與催化劑接觸反應。

于重整反應基板上表面四周邊緣設有用來放置環狀密封墊的環狀密封槽，用于陽極極板與重整反應基板間的密封，流道處于環狀密封墊所圍繞的區域內。

盲孔內裝填的重整反應催化劑突出于盲孔的開口端，即重整反應催化劑的一部分處于流道內液體流過的區域內。

所述下端板下表面或上端板上表面分別貼有用于加熱的電加熱片。

重整反應基板上蛇形流道與脊的寬度比一般為5:1-10:1,流道深度為0.5-1mm，流道長度為300-600mm.

重整反應基板上裝填催化劑圓柱型盲孔，盲孔直徑為0.5-2.5mm,孔高為0.5-1mm,孔間距為0.5-3mm,孔沿流道分布形式有均勻分布、前密后疏或前疏后密的形式分布。

下端板、重整反應基板、陽極極板、陰極極極板、上端板材料為石墨、不銹鋼、鋁或鈦合金耐高溫材料。

于下端板、重整反應基板、陽極極板、MEA、陰極極板、上端板的四周邊緣處分別設有相對應的3個以上的均勻分布的通孔，通孔內穿套有固定螺桿。

所述燃料電池工作溫度一般在160℃-220℃；所述燃料電池的膜電極中的高溫電解質膜為H₃PO₄摻雜的PBI膜。

與現有技術相比，本發明一方面使得甲醇重整燃料電池的結構更加緊湊，提 高了比功率；另一方面利用氫氣氧化放熱給甲醇蒸汽重整反應提供熱量，提高了熱效率。

附圖說明

圖1燃料電池結構圖；

圖2重整反應基板俯視圖；

圖3重整反應基板局部側視圖；

圖中，(1)、下端板；(2)、重整反應基板；(3)陽極極板；(4)、MEA；(5)、陰極極板；(6)、上端板；(7)、甲醇水蒸汽進口；(8)、陽極產物出口；(9)、陰極進口；(10)陰極產物出口；(11)、盲孔；(12)、脊；(13)、流道；(14)、重整反應產物出口；(15)、環形密封槽。

具體實施方式

參見圖，本發明為一種高溫甲醇內重整燃料電池，包括自下而上依次層疊下端板1、重整反應基板2、陽極極板3、MEA4、陰極極極板5、上端板6。下端板1有貼在其上面用于加熱的電加熱片，以及分別用來定位、上螺絲的孔；重整反應基板2上刻有甲醇水蒸汽進口7及陽極產物出口8、蛇形流道13、脊12，流道13上鉆有數以百計的盲孔11用來裝填甲醇蒸汽重整催化劑，甲醇水蒸氣沿著蛇形流道流動，并與催化劑接觸反應，基板周邊有用來放置密封墊的環形密封槽15，其高度略低于中間位置，基板上也有分別用來定位、上螺絲的孔。重整反應基板2上蛇形流道13與脊12的寬度比一般為8:1，流道13深度為0.5mm，流道13長度為400mm，重整反應基板2上裝填催化劑圓柱型盲孔11直徑一般為1mm，孔深為0.5mm，孔間距為1mm，孔沿流道分布形式有均勻分布形式，重整反應基板2上密封槽深度為0.2mm，其上放置密封墊，其材料為柔性石墨片，密封墊上有用來定位、上螺絲的孔及甲醇水蒸汽進口、重整反應產物出口，所用MEA為高溫PBI-H₃PO₄體系膜電極，下端板1、重整反應基板2、陽極極板3、陰極極板5、上端板6材料為石墨材料。