[發明專利]蓄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: 201910053656.2
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109830723B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 李印實;王睿;李明佳;屈治國
• 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

本發明公開一種蓄能驅動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池及其工作方法，分別獨立設置甲醇輸送管路和二氧化碳流路，陽極產物二氧化碳產生后直接通過二氧化碳流路排出，減少了二氧化碳與甲醇蒸氣摻混，提高了甲醇蒸氣的利用率，同時利于二氧化碳收集利用。甲醇蒸氣產生后直接進入膜電極參與反應，降低了額外功耗；對甲醇工作區與蒸發區換熱量以及對二氧化碳排出量的精確控制，進一步獲得恒定流量的甲醇蒸氣參與電池反應，進而提升甲醇燃料電池的工作效率和穩定性。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及蓄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(direct mathanol fuel cell,DMFC)憑借其結構簡單、常溫工作、系統體積比能量高、燃料方便儲運等優勢，被認為最有希望應用于電子產品的移動電源之一，在通信、交通和國防等領域有著廣泛的應用前景，因此成為國內外眾多學者研究的熱點。

直接甲醇燃料電池的電極和電池反應如下：

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了了很大的困難。

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

為克服上述現有技術的不足，本發明目的是提供一種精確高效、穩定運行、持續輸出的蓄能驅動物料分離傳輸直接甲醇燃料電池及其工作方法，解決了甲醇蒸氣濃度不均勻、甲醇反應不充分、甲醇二氧化碳摻混的問題，提高運行效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

蓄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集流板、陰極擴散層、陰極催化層、隔膜、陽極催化層、陽極擴散層、陽極集流板和甲醇蒸發區；

其中隔膜與陰極催化層和陽極催化層相連，陰極擴散層與陰極集流板和陰極催化層相連，陽極擴散層與陽極集流板和陽極催化層相連，陽極集流板與甲醇蒸發區和陽極擴散層相連；

所述甲醇蒸發區內分別設置有多條甲醇蒸發管路和多條二氧化碳流路，所述甲醇蒸發管路出口與陽極集流板板中所對應的過孔相連；多條二氧化碳流路進出口分別為二氧化碳流入孔和二氧化碳排出孔，二氧化碳流入孔與陽極集流板板中所對應的過孔相連；多條二氧化碳流路連通后在甲醇蒸發區頂部開設有二氧化碳排出孔；