[發明專利]一種氣液兩用式的直接甲醇燃料電池

有效

• 申請號: 201810345807.7
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108539227B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 苑振宇;任永強;郝亞喆;成小龍;韓二丑
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04186;H01M8/1011
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 胡曉男

本發明提供一種氣液兩用式的直接甲醇燃料電池，包括液態甲醇腔、液體汽化裝置、氣態甲醇腔，液體汽化裝置安裝在液態甲醇腔與氣態甲醇腔之間。一側為液體供料的甲醇燃料電池，背對的另一側為液體汽化后的氣態供料的甲醇燃料電池。氣態側是通過PTC和揮發棒加熱揮發的方式，把液態甲醇汽化供給到甲醇燃料電池陽極，既解決常溫下直接甲醇燃料電池所需溫度不夠的問題，又減少甲醇滲透損失，利于提高直接甲醇燃料電池的輸出電壓及功率密度。氣液兩用的直接甲醇燃料電池的輸出可以為PTC加熱片提供電壓組成自適應系統，不需額外電源。

技術領域

本發明屬于直接甲醇燃料電池技術領域，具體涉及一種氣液兩用式的直接甲醇燃料電池。

背景技術

燃料電池是一種電化學的發電裝置，通過電化學反應將持續供給的燃料和氧化劑的化學能連續不斷地轉化為電能。相對內燃機而言，它不受卡諾循環的限制，能量轉化效率高；環境友好，幾乎不排放氮氧化物和硫氧化物，二氧化碳的排放量也比常規放電廠少40％以上；相對蓄電池而言，燃料電池的能量密度和功率密度高，且無需等待充電。由于這些突出的優點，燃料電池技術的研究與開發備受各國政府與公司的關注，被認為是21世紀首選的、潔凈的、高效的發電技術。燃料電池的研究與開發，不僅有利于能源工業和電池工業的發展，而且必將推動電子工業、材料工業、醫療通訊等領域的技術進步，對提高資源利用率和解決環境污染問題等國家戰略需求具有重要意義。

直接甲醇燃料電池使用甲醇作為燃料，具有燃料來源豐富、價格低廉、操作方便和易于小型化等優點，其陰極的反應物為空氣中的氧氣，反應產物為水。現在直接甲醇燃料電池研究領域，主要有液體進料和氣體進料兩類，常用的直接甲醇燃料電池供料大都是液態甲醇，液態甲醇供料比氣態甲醇供料所產生的甲醇滲透電壓損失略大，直接甲醇燃料電池的工作溫度低于150℃，且最佳工作溫度在40℃到85℃之間。常溫情況下，直接甲醇燃料電池無法得到較好的輸出功率密度，提供合適的溫度有利于提高電池的電壓和功率密度。液態甲醇燃料電池受到甲醇的滲透、質量傳輸以及水管理的影響比較大，尤其是受到甲醇滲透的影響，甲醇從陽極直接透過膜進入陰極與氧氣發生反應而未產生電能，浪費了燃料，又由于甲醇滲透跟陽極催化層甲醇濃度正相關，所以也制約了液體甲醇使用更高濃度的甲醇。控制陽極溫度和甲醇濃度在合理范圍，是提高甲醇燃料電池性能重要的兩大因素，同時控制好這兩個因素，有利于甲醇燃料電池性能大步提升。氣體進料主要采用多孔碳、硅膠膜、多孔蒸發墊等汽化裝置，雖然解決了氣體進料的問題，但是對于甲醇燃料電池而言，仍然無法使其達到合適的反應溫度。

PTC加熱片是能夠把溫度穩定在特定值的加熱裝置。PTC是“正溫度系數(PositiveTemperature Coefficient)”的英文縮寫，作為一種新型熱敏電阻材料，其主要用途可分為開關和發熱兩大類別。利用PTC材料具有熱敏、限流、延時等的開關特性和無觸點、無噪聲使用壽命長的特點，以及發熱類PTC性能穩定、升溫迅速、受電源電壓波動影響小的特性，可應用于冰箱啟動、電機變壓器保護、程控交換機保護及驅蚊器、卷發燙發器、電熨斗等小家電產品。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種氣液兩用式的直接甲醇燃料電池，采用PTC加熱片和揮發性芯棒組合裝置，連接液體甲醇腔與氣體甲醇腔，組成新型氣液兩用雙輸出式的直接甲醇燃料電池結構，一側為液體供料的甲醇燃料電池，背對的另一側為液體汽化后的氣態供料的甲醇燃料電池。氣態側是通過PTC和揮發棒加熱揮發的方式，把液態甲醇汽化供給到甲醇燃料電池陽極，既解決常溫下直接甲醇燃料電池所需溫度不夠的問題，又減少甲醇滲透損失，利于提高直接甲醇燃料電池的輸出電壓及功率密度。氣液兩用雙輸出式的直接甲醇燃料電池，可通過自身內部和外圍串聯或并聯連接形成一個單輸出的電池組。

本發明通過如下方案去實現：

一種氣液兩用式的直接甲醇燃料電池，包括液態甲醇腔、液體汽化裝置、氣態甲醇腔，液體汽化裝置安裝在液態甲醇腔與氣態甲醇腔之間。