[發(fā)明專利]一種直接甲醇燃料電池堆

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811208875.5
• 申請(qǐng)日: 2018-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109301301A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁偉;蘇曉晴;李錦廣;莊梓譯;王奧宇;李建峰;朱梓丹;湯勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/2455
• 分類號(hào): H01M8/2455;H01M8/2465;H01M8/1011;H01M8/1004
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發(fā)明公開(kāi)了一種直接甲醇燃料電池堆。該電池堆中的各級(jí)單電池包括膜電極組件、位于膜電極組件兩側(cè)的集電板、位于集電板外側(cè)的陽(yáng)極雙極支撐板和陰極支撐板、位于電池堆兩端的右側(cè)陽(yáng)極支撐板和左側(cè)陽(yáng)極支撐板；還包括螺栓組、導(dǎo)電連接器、注液裝置和外圍電路控制系統(tǒng)；所述電池堆上方為導(dǎo)電連接器和注液裝置；所述陽(yáng)極集電板和陰極集電板為流場(chǎng)板與集電極的一體化，陽(yáng)極集電板和陰極集電板均由導(dǎo)電引出框和導(dǎo)電魚鱗狀拉伸網(wǎng)組合而成。本發(fā)明可以有效地減輕電池堆的重量，此外，拉伸網(wǎng)作為陰陽(yáng)極的流場(chǎng)板能有效地緩解陽(yáng)極的氣淹和陰極的水淹現(xiàn)象，從而更好實(shí)現(xiàn)全被動(dòng)式燃料電池堆。同時(shí)，拉伸網(wǎng)的應(yīng)用還有利于減少電池的內(nèi)阻，提高電池的輸出性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直接甲醇燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直接甲醇燃料電池堆。

背景技術(shù)

燃料電池產(chǎn)生的電能直接由原料本身的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化而來(lái)，并且具有較高的能量密度、較低的環(huán)境污染性，再加上原料的豐富性等優(yōu)勢(shì)，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。其中，相比屬于質(zhì)子交換膜燃料電池的氫燃料電池的氫原料制取成本高、儲(chǔ)運(yùn)危險(xiǎn)以及使用條件苛刻等諸多因素，屬于同類的直接甲醇燃料電池以甲醇為陽(yáng)極原料，因其工作溫度低（一般在室溫工作）、理論比能量高、攜帶方便和使用安全等特點(diǎn)有著良好的應(yīng)用前景，被業(yè)界認(rèn)為是最有希望率先實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化的一類燃料電池。

對(duì)于陽(yáng)極二氧化碳堵塞造成的“氣淹”和陰極水堵塞造成的“水淹”，均屬于產(chǎn)物管理問(wèn)題，產(chǎn)物生成后，通過(guò)多孔氣體擴(kuò)散層進(jìn)入到流場(chǎng)中，合適的多孔氣體擴(kuò)散層和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)將有助于產(chǎn)物及時(shí)有效脫離和排出，否則將會(huì)影響反應(yīng)物的分布，甚至完全阻隔，無(wú)法為電化學(xué)反應(yīng)提供基本的燃料供給，導(dǎo)致電池性能降低，甚至停止工作。因此，從這方面來(lái)講，兩極的產(chǎn)物管理問(wèn)題是DMFC中一個(gè)亟待解決的部分，不容忽視。

目前，大部分的研究者在解決產(chǎn)物管理問(wèn)題時(shí)的研究主體是集電板的結(jié)構(gòu)，但大部分的探究是集中于被動(dòng)式的直接甲醇燃料單電池，而對(duì)被動(dòng)式的直接甲醇燃料電池堆的探究卻較少，但后者中的產(chǎn)物管理相比前者而言更為重要，且存在更高的應(yīng)用價(jià)值。與此同時(shí)，傳統(tǒng)的集電板大多為二維結(jié)構(gòu)，加工工藝繁瑣，加工成本較高。再加上，傳統(tǒng)集電板整體均為金屬材料，導(dǎo)致電池堆重量增加的同時(shí)，使得電池內(nèi)部的電阻也相應(yīng)增大。本發(fā)明中，電池大部分的構(gòu)成元件均采用環(huán)氧樹脂材料，有效降低電池堆的重量和電池內(nèi)阻。再者，拉伸網(wǎng)作為集電板的一部分，通過(guò)設(shè)備沖壓變形而形成，成品零件呈三維結(jié)構(gòu)。在加工過(guò)程中，拉伸網(wǎng)僅存在塑性變形，且無(wú)廢料產(chǎn)生，省去傳統(tǒng)加工的熱處理、線切割、拋光等步驟，節(jié)省時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。進(jìn)一步地，拉伸網(wǎng)有利于陽(yáng)極二氧化碳?xì)怏w的排放，緩解陽(yáng)極“氣淹”。拉伸網(wǎng)亦有利于將陰極水滴形成水通道，緩解陰極“水淹”，因而更好地實(shí)現(xiàn)了全被動(dòng)式的直接甲醇燃料電池堆。

發(fā)明內(nèi)容

為了可以有效地減輕電池堆的重量，有效地緩解陽(yáng)極的“氣淹”和陰極的“水淹”現(xiàn)象，從而更好實(shí)現(xiàn)全被動(dòng)式燃料電池堆，并且減少電池的內(nèi)阻，提高電池的輸出性能，本發(fā)明公開(kāi)了一種直接甲醇燃料電池堆。

一種直接甲醇燃料電池堆，電池堆中的各級(jí)單電池包括膜電極組件6、位于膜電極組件兩側(cè)的陽(yáng)極集電板和陰極集電板、分別位于陽(yáng)極集電板和陰極集電板外側(cè)的陽(yáng)極雙極支撐板5和陰極支撐板4、位于電池堆兩端的右側(cè)陽(yáng)極支撐板3和左側(cè)陽(yáng)極支撐板7；

電池堆還包括用于固定的螺栓組2、導(dǎo)電連接器8、注液裝置1和外圍電路控制系統(tǒng)；所述注液裝置（1）位于導(dǎo)電連接器（8）的上方；所述的燃料電池電池堆上方為導(dǎo)電連接器和注液裝置；所述的陽(yáng)極集電板和陰極集電板為流場(chǎng)板與集電極的一體化，陽(yáng)極集電板和陰極集電板均由金屬導(dǎo)電引出框和導(dǎo)電魚鱗狀拉伸網(wǎng)組合而成。

優(yōu)選的，膜電極組件包括陰陽(yáng)極多孔氣體擴(kuò)散層、陰陽(yáng)極催化層和質(zhì)子交換膜。

優(yōu)選的，所述的拉伸網(wǎng)具有三維結(jié)構(gòu)，為一獨(dú)立零件嵌入金屬導(dǎo)電引出框內(nèi)。

優(yōu)選的，所述金屬導(dǎo)電引出框和拉伸網(wǎng)的材料均為不銹鋼316。