[發(fā)明專利]一種被動式液體燃料電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911049055.0
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN111193044B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張澤坪;王誠;雷一杰;孫連國
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/1009
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發(fā)明公開了一種為外部設(shè)備提供電能來源的被動式液體燃料電池。該電池包括電堆、在其上方的密閉上儲液容器、在其下方的密閉下儲液容器、介于電堆和上儲液容器之間的空氣泵，以及管道。液體燃料通過自身重力作用，流經(jīng)燃料電池電堆中雙極板對應(yīng)側(cè)流道，通過擴散作用與雙極板對應(yīng)空氣流道中的空氣，在膜電極的催化作用下進行反應(yīng)，產(chǎn)生電流電壓，進而為外部設(shè)備提供電源。產(chǎn)生的電能一方面為裝置上方的空氣泵提供電能；一方面通過與外部設(shè)備相連為其提供電能。該電池?zé)o需外部啟動電源，體積小巧、方便攜帶，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為一種利用液體燃料與空氣進行電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電流電壓的電源裝置，尤其作為一種無需外部啟動電源，就能夠?qū)崿F(xiàn)自發(fā)電功能的電池。

背景技術(shù)

液體燃料電池一般直接使用液體燃料(甲醇或乙醇)水溶液或蒸汽為燃料供給來源，而不需通過液體燃料(甲醇或乙醇)、汽油及天然氣的重整制氫以供發(fā)電。相較于質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，直接液體燃料電池具備低溫快速啟動、燃料潔凈環(huán)保以及電池結(jié)構(gòu)簡單等特性。這使得直接液體(甲醇或乙醇)燃料電池可能成為未來便攜式應(yīng)用的主流。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種無需外部啟動電源，能夠?qū)崿F(xiàn)自發(fā)電功能的電池，該電池具備體積小巧、方便攜帶等特點，可以用來作為應(yīng)急電源。

一種被動式液體燃料，包括電堆、在其上方的密閉上儲液容器、在其下方的密閉下儲液容器、介于電堆和上儲液容器之間的空氣泵，和固定所述空氣泵的泡沫板、介于電堆和下儲液容器之間的固定泡沫板，以及管道。

進一步，所述電堆是電池的發(fā)電單元，主要包括由如圖3所示的電芯組件，及其上下固定端板，通過夾緊螺桿，對電芯組件上方設(shè)置的正極采電板、下方設(shè)置的負極采電板、所述正極采電板上方設(shè)置的空氣進出口接頭和液體燃料進出口接頭以及與上下固定端板連接的正負極絕緣板進行軸向加緊成一體。所述電芯組件，為液體燃料與空氣進行反應(yīng)的場所，陽極側(cè)的液體燃料通過擴散作用與陰極側(cè)的空氣進行反應(yīng)，產(chǎn)生電能。

進一步，所述電芯組件主要包括在其一側(cè)依次連接的陰極端板、陰極側(cè)密封圈、膜電極、雙極板；和在其另一側(cè)依次連接的陽極側(cè)密封圈和陽極端板；所述陰極端板上設(shè)置空氣進口端密封墊和液體燃料進口端密封墊、

進一步，本燃料電池的雙極板整體呈圓形，外側(cè)均勻分布著液體燃料與空氣進出管道。雙極板內(nèi)部均勻分布著圓形空氣流道和氫氣流道，且內(nèi)部進出口均勻設(shè)有擾流槽，以將空氣和液體燃料均勻分布流入每個流道中。雙極板中心有用于定位的圓孔，周邊有公共流道的凸起，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池電堆的內(nèi)外定位，方便了電堆的組裝。同時，用于緊固電堆的螺桿位于氫氣與空氣公共流道的凸起之間的凹槽處，減小了額外的體積，增加了電池的體積功率密度。

進一步，本電池中兩個密閉的上下儲液容器分別置于電池的上側(cè)與下側(cè)，并通過兩并聯(lián)密閉儲液容器+大口徑旁路管道+電堆(液體燃料側(cè)流道)來實現(xiàn)運行。該并聯(lián)回路，能夠平衡上下兩側(cè)密閉的儲液容器內(nèi)壓力，同時也可以在發(fā)電時，使得上側(cè)密閉容積的儲液容器中的液體持續(xù)穩(wěn)定的流經(jīng)電堆，進行反應(yīng)并產(chǎn)生電能。中止發(fā)電時將原下側(cè)密閉容積的下儲液容器內(nèi)未完全反應(yīng)的燃料轉(zhuǎn)移到原上側(cè)燃料電池密閉的上儲液容器。

進一步，所述空氣和液體公共管道流入雙極板內(nèi)部，采用沉槽結(jié)構(gòu)+蓋板的過橋結(jié)構(gòu)，所述蓋板平面要高于雙極板本體平面，以使其與被密封圈擠壓的膜電極更好接觸，從而發(fā)生串氣的可能。

進一步，所述雙極板陽極側(cè)和陰極側(cè)外側(cè)圓周方向均設(shè)有密封槽，陽極側(cè)密封槽內(nèi)設(shè)置有平墊圈，陰極側(cè)密封槽內(nèi)設(shè)置有一側(cè)為平面一側(cè)為凸面的墊圈，采用此結(jié)構(gòu)能夠有效密封，提高放電效率。

進一步，所述電池的空氣進出管道采用空氣接頭雙進口結(jié)構(gòu)，有利于增加每片雙極板過橋空氣流量的一致性。

進一步，所述正極采電板，負極采電板，空氣進出口接頭，液體燃料進出口接頭置于絕緣端板對應(yīng)形狀凹槽內(nèi)，具有體積小，裝配方便可靠等優(yōu)點。