[發(fā)明專利]蓄能驅(qū)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?zhí)枺?/td>: 201910053656.2
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109830723B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李印實;王睿;李明佳;屈治國
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 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(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

1.蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：包括設(shè)置在甲醇燃料電池本體上的陰極集流板(1)、陰極擴(kuò)散層(2)、陰極催化層(3)、隔膜(4)、陽極催化層(5)、陽極擴(kuò)散層(6)、陽極集流板(7)和甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)；

其中隔膜(4)與陰極催化層(3)和陽極催化層(5)相連，陰極擴(kuò)散層(2)與陰極集流板(1)和陰極催化層(3)相連，陽極擴(kuò)散層(6)與陽極集流板(7)和陽極催化層(5)相連，陽極集流板(7)與甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)和陽極擴(kuò)散層(6)相連；

所述甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)內(nèi)分別設(shè)置有多條甲醇蒸發(fā)管路和多條二氧化碳流路(13)，所述甲醇蒸發(fā)管路出口與陽極集流板(7)板中所對應(yīng)的過孔相連；多條二氧化碳流路(13)進(jìn)出口分別為二氧化碳流入孔(12)和二氧化碳排出孔(14)，二氧化碳流入孔(12)與陽極集流板(7)板中所對應(yīng)的過孔相連；多條二氧化碳流路(13)連通后在甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)頂部開設(shè)有二氧化碳排出孔(14)；

所述陽極集流板(7)中開設(shè)有不同直徑的過孔，不同直徑的過孔分別與甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)內(nèi)甲醇蒸發(fā)管路出口及二氧化碳流入孔(12)對應(yīng)連通；陽極擴(kuò)散層(6)是具有多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)電材料；陽極催化層(5)包括具有催化氧化性能的催化劑；隔膜(4)是具有質(zhì)子導(dǎo)通能力的質(zhì)子交換膜；陰極催化層(3)包括具有催化還原性能的催化劑；陰極擴(kuò)散層(2)是具有多孔結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電材料；

所述陰極集流板(1)內(nèi)側(cè)加工有用于向陰極擴(kuò)散層(2)輸送氧氣的流道；

在甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)進(jìn)口側(cè)還設(shè)置有甲醇控制閥(15)，甲醇控制閥(15)進(jìn)口與甲醇儲存罐(16)相連，甲醇儲存罐(16)中有壓縮彈簧及可移動活塞，利用壓縮彈簧推動活塞移動使甲醇儲存罐(16)中甲醇經(jīng)過甲醇控制閥(15)流入甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)；

甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)頂部的二氧化碳排出孔(14)外接有二氧化碳控制閥(18)，二氧化碳控制閥(18)另一端排空。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：所述甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)內(nèi)部材料是導(dǎo)熱材料，甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)壁面與甲醇燃料電池本體壁面通過外接甲醇蒸發(fā)換熱管路(17)相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：所述甲醇蒸發(fā)管路由依次連接的甲醇壓縮段(9)、甲醇蒸發(fā)段(10)和甲醇混合段(11)組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：所述甲醇壓縮段(9)為漸縮結(jié)構(gòu)，甲醇蒸發(fā)段(10)與甲醇壓縮段(9)和甲醇混合段(11)位置對應(yīng)，甲醇混合段(11)為漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：各甲醇蒸發(fā)管路在橫向和縱向呈陣列分布于甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：所述多條二氧化碳流路(13)呈陣列分布于甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：所述甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)內(nèi)各甲醇蒸發(fā)管路形成的陣列與多條二氧化碳流路(13)形成的陣列互相交叉分布。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：所述陰極集流板(1)內(nèi)側(cè)流道為蛇形流道、平行流道、非連續(xù)型流道或交指型流道。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池，其特征在于：所述陽極集流板(7)、陽極擴(kuò)散層(6)、陰極擴(kuò)散層(2)和陰極集流板(1)均采用金屬材料或碳材料制成。

10.一種權(quán)利要求1所述蓄能驅(qū)動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池的工作方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟S100：甲醇流量控制：

甲醇燃料電池預(yù)運(yùn)行一段時間后，甲醇燃料電池陽極產(chǎn)物二氧化碳通過二氧化碳控制閥(18)排除降低陽極側(cè)氣壓，甲醇儲存罐(16)內(nèi)壓縮彈簧推動活塞移動使甲醇經(jīng)過甲醇控制閥(15)流入甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)，通過控制排出二氧化碳流量控制甲醇流量；

步驟S200：甲醇蒸氣的反應(yīng)與放電：

液相純甲醇通過甲醇控制閥(15)流入各甲醇蒸發(fā)管路與甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)壁面進(jìn)行換熱，液相甲醇受熱蒸發(fā)產(chǎn)生甲醇蒸氣，甲醇蒸氣流向陽極集流板(7)，通過陽極集流板(7)分配均勻；

步驟S300：甲醇蒸氣的反應(yīng)與放電：

甲醇蒸氣通過陽極集流板(7)經(jīng)由陽極擴(kuò)散層(6)流入陽極催化層(5)與來自陰極側(cè)的水發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳、電子和質(zhì)子，氧氣泵入陰極集流板(1)內(nèi)側(cè)流道進(jìn)入陰極催化層(3)，來自陽極側(cè)的質(zhì)子在陰極催化層(3)與氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成水，完成甲醇燃料電池放電；

步驟S400：二氧化碳流出與控制：

陽極產(chǎn)物二氧化碳在甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)內(nèi)由二氧化碳流入孔(12)進(jìn)入二氧化碳流路(13)，匯集至二氧化碳排出孔(14)通過二氧化碳控制閥(18)排放至空氣，降低陽極側(cè)氣壓，進(jìn)而使甲醇儲存罐(16)內(nèi)壓縮彈簧推動活塞移動使甲醇經(jīng)過甲醇控制閥(15)流入甲醇蒸發(fā)區(qū)(8)，通過控制排出二氧化碳流量進(jìn)一步控制甲醇流量。