[發明專利]具有微通道的微型直接甲醇燃料電池及微通道的處理方法

有效

• 申請號: 201810502713.6
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108963307B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 張宇峰;張雪林;劉曉為;李洋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M8/1011
• 分類號: H01M8/1011;H01M8/0258;H01M8/04089
• 代理公司: 吉林省長春市新時代專利商標代理有限公司 22204
• 代理人: 高一明

本發明提供一種具有微通道的微型直接甲醇燃料電池及微通道的處理方法，其中的電池包括陰極端板、陰極集流板、質子交換膜、陽極集流板、陽極端板和燃料室，陰極端板與陰極集流板連接，陽極端板與所述陽極集流板連接，陽極集流板與陽極集流板電聯形成回路；燃料室具有儲液腔，質子交換膜夾在陰極集流板與陽極集流板之間且對應于儲液腔的位置；在陽極端板上對應于儲液腔的位置開設有通槽，在陽極端板面向陽極集流板的一側開設有至少一條從通槽連通至陽極端板邊緣的用于排除二氧化碳氣體的超疏水微通道。利用本發明能夠使二氧化碳氣體直接從陽極端板的側面排出，減少甚至完全阻止二氧化碳氣體進入陽極端板的流場，從而提高電池中的陽極甲醇傳質能力。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，更為具體地，涉及一種具有微通道的微型直接甲醇燃料電池及微通道的處理方法。

背景技術

微型直接甲醇燃料電池（μDirect Methanol Fuel Cell，μ燃料電池）以甲醇作為燃料，以氧氣作為氧化劑，通過質子交換膜直接將化學能轉化為電能。甲醇燃料電池具有很高的能量轉化效率，燃料利用率相比于基于火力發電的二次電池來說要高出50%-100%，潔凈更節能，且甲醇燃料的能量密度是一般二次電池的10-20倍，更有作為理想的便攜式電源的潛力。

微型直接甲醇燃料電池可以分為主動式和被動式。主動式是指利用外加動力對燃料或氧化劑施加一定動力進行陽極和陰極的燃料供給；被動式指的是不需要外加動力，儲液腔液體不流動，陰極暴露在空氣中，通過自呼吸的方式來進行氧化劑的供給。兩者相比，主動式性能更高，但由于外部燃料供應體系的存在，致使系統體積偏大；被動式的系統一體化程度高，更適用于制作便攜式電源，但性能偏低。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種具有微通道的微型直接甲醇燃料電池，以解決傳統的主動式微型直接甲醇燃料電池體積大、被動式微型直接甲醇燃料電池性能偏低的問題。

本發明提供的具有微通道的微型直接甲醇燃料電池，包括陰極端板、陰極集流板、質子交換膜、陽極集流板、陽極端板和燃料室，陰極端板與陰極集流板連接，陽極端板與所述陽極集流板連接，陽極集流板與陽極集流板電聯形成回路；燃料室具有儲液腔，質子交換膜夾在陰極集流板與陽極集流板之間且對應于儲液腔的位置；在陽極端板上對應于儲液腔的位置開設有通槽，在陽極端板面向陽極集流板的一側開設有至少一條從通槽連通至陽極端板邊緣的用于排除二氧化碳氣體的超疏水微通道。

另外，優選的結構是，在質子交換膜與陰極集流板之間夾有具有開口的膠墊。

此外，優選的結構是，在陰極端板、陽極端板、膠墊和燃料室上分別開設有供螺栓旋入的螺紋孔，陰極端板、陽極端板、膠墊和燃料室通過螺栓緊密結合在一起。

另外，優選的結構是，超疏水微通道的數量為八條，兩條為一組共四組，分別沿通槽的四個方向開設。

再者，優選的結構是，超疏水微通道的寬度和寬度均為0.05-0.2mm。

微型直接甲醇燃料電池中超疏水微通道的處理方法，包括如下步驟：

步驟S1：將清洗干凈的陽極端板浸入重量比為HCl:HF:H2O=28:2:70的腐蝕液10-45分鐘以獲得表面具有微納米級階梯狀微觀尺寸的陽極端板；

步驟S2：將陽極端板浸入超純水中煮沸10-30分鐘后烘干待用；

步驟S3：量取聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物0.5-1.5g和氟硅烷0.25-0.75ml，分散于50-100ml的二甲基甲酰胺溶液中，隨后超聲波震蕩該溶液15-45分鐘；

步驟S4：將烘干后待用的陽極端板浸入該溶液中10-20分鐘，然后在30-40℃下持續烘干1-2小時。