[發明專利]一種勢能驅動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池及其工作方法

有效

• 申請號: 201910053647.3
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109830722B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 李印實;王睿;李明佳
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M8/1011
• 分類號: H01M8/1011;H01M8/04186
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明公開一種勢能驅動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池及其工作方法，直接甲醇燃料電池甲醇與產物分開輸送，燃料電池整體從液相甲醇流入至二氧化碳排出整體過程形成穩定的順流傳輸流路，使燃料能夠直接均勻地進入陽極，解決了因甲醇二氧化碳摻混、甲醇反應不充分、甲醇蒸氣濃度不均勻等問題，更有利于陽極側反應穩定高效地運行，提高電池效率；利用壓縮彈簧存在的彈性勢能作為穩定動力源，用來推動活塞做功使液態甲醇進入電池內，使用儲存勢能而非外界電能，保證電池運行過程的穩定性；通過對電池內二氧化碳排出流量的控制來控制電池內氣壓控制進入電池內液態甲醇的流量，實現對電池放電量的精準控制。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種勢能驅動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池及其工作方法。

背景技術

直接甲醇燃料電池(DMFC)在通信、交通和國防等領域有著廣泛的應用前景，具有結構簡單、常溫工作、系統體積比能量高、燃料方便儲運等優勢其電池反應如下：

陽極反應為CH₃OH+H₂0→6H⁺+6e^-+CO₂

陰極反應為3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

電池總反應為CH₃OH+3/2O₂→2H₂O+CO₂

目前直接甲醇燃料電池的研究大多集中在以液態甲醇作為燃料的領域，但由于甲醇燃料電池燃料供給大多需要和水混合，這使得其燃料的能量密度降低，同時在運行過程中存在著嚴重的甲醇穿透問題，在造成大量原料浪費的同時，降低了能量利用率，嚴重減弱了電池的性能，這為甲醇燃料電池性能的提升帶來了很大的困難。

研究表明，甲醇通過蒸氣形式參與燃料電池反應能夠很好的降低甲醇穿透并進一步提升甲醇的利用效率，但是以甲醇蒸氣作為燃料的電池其燃料供給方式多為蒸發膜蒸發形式和外接加熱設備加熱蒸發形式，其中蒸發膜蒸發形式使得在使用過程中甲醇流量不能夠得到精確的控制，進一步影響了燃料電池的穩定運行，而外接加熱設備加熱蒸發形式增加電池運行的額外功耗，進一步降低了電池效率；液相甲醇供給時采用燃料供給泵也會帶來額外功耗進一步降低電池效率。同時，以甲醇蒸氣作為燃料的電池在工作過程中，往往存在陽極側甲醇濃度分布不均、甲醇反應不充分、二氧化碳排出困難等問題，這大大影響了燃料電池的工作效率。

因此，針對上述甲醇燃料電池低效率、難分配、易滲漏等問題，一種工作效率高、控制精度強、無需額外功耗的甲醇燃料電池亟待出現。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明目的在于提供一種運行高效、輸出穩定的勢能驅動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池及其工作方法，避免甲醇蒸氣和二氧化碳摻混，提高電池效率，降低額外功耗。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種勢能驅動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，包括設置在甲醇燃料電池本體上的陰極流場板、陰極擴散層、陰極催化層、隔膜、陽極催化層、陽極擴散層、燃料產物分離區和甲醇蒸發區；

其中隔膜與陰極催化層和陽極催化層相連，陰極擴散層與陰極流場板和陰極催化層相連，陽極擴散層與陽極催化層和燃料產物分離區相連，燃料產物分離區與甲醇蒸發區和陽極擴散層相連；

所述甲醇蒸發區設置有甲醇蒸發管路，所述燃料產物分離區是內部分布有甲醇蒸氣流道的空腔，空腔部分為二氧化碳緩沖區，空腔與陽極擴散層連通，燃料產物分離區開設有二氧化碳出口；所述甲醇蒸氣流道一端與甲醇蒸發區內的甲醇蒸發管路出口連通，甲醇蒸氣流道另一端與陽極擴散層連通；

陽極擴散層和陰極擴散層是具有多孔結構的導電材料；陰極流場板內側加工有與陰極擴散層連通的流道；