[發(fā)明專利]一種自呼吸式的凝膠流動相異型燃料電池

有效

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• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111864242B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 湯東;徐國梁;韓宇彬;劉勝;雎志軒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M8/1011
• 分類號: H01M8/1011;H01M8/04007;H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發(fā)明涉及一種自呼吸式的凝膠流動相異型燃料電池，包括：從內到外依次設置的乙醇腔、陽極層、凝膠流動相層、陰極層和外殼；乙醇腔為柱形，上底面和下底面均密封設置，乙醇腔的側壁上設置均勻分布的通孔，乙醇腔的側壁與陽極層相貼合；外殼為柱形，外殼的側壁上設置有均勻分布的通孔和均勻排布的散熱片；乙醇腔的下底面與外殼的下底面共面，乙醇腔的高度小于外殼的高度。通過凝膠流動相避免乙醇在質子交換膜上的滲透問題，通過外殼實現電池的自呼吸式吸氣與散熱，提高燃料電池性能。

技術領域

本發(fā)明涉及燃料電池技術領域，特別是涉及一種自呼吸式的凝膠流動相異型燃料電池。

背景技術

直接乙醇燃料電池(Direct Ethanol Fuel Cell，DEFC)是一種將陽極的乙醇水溶液與陰極空氣中的氧氣通過電化學反應將化學能轉化為電能的發(fā)電裝置，由于乙醇的天然存在性、無毒，是一種可再生能源，而且能量密度高、價格便宜，應用廣泛，DEFC具有系統(tǒng)簡單、運行便捷、噪聲低等優(yōu)點，被認為是燃料電池中最具有應用前景的電源之一。

目前，DEFC大多采用平板型設計，電池堆只能采用雙極板串聯起來，形成板框式結構、形式比較單一、體積比較笨重，體積比功率密度不高，而且雙極板造價昂貴，技術要求較高，不利于直接乙醇燃料電池的商業(yè)化進程，采用的全氟磺酸(Nafion)質子交換膜，價格昂貴，并且有明顯的乙醇滲透(Crossover)現象，使乙醇直接穿透Nafion膜而流失，造成乙醇燃料大量損失，甚至會導致陰極催化劑中毒而大大縮短電池壽命，導致DEFC功率密度下降。

DEFC陰極入口處空氣的溫度和濕度必然對燃料電池工作性能有著不可忽視的影響，電池運轉的最佳溫度在60℃～80℃之間，當溫度過低，燃料電池反應緩慢，效率低下，當溫度過高，膜脫水將導致離子電導率降低，嚴重時會導致電池報廢損壞，由于DEFC運行反應產物為水，電池內生成的水若不能及時排出，會導致氣體擴散層及催化層被水覆蓋，造成“水淹”現象的發(fā)生。“水淹”現象使得電池輸出性能低下，降低電池壽命，嚴重時會造成電池反極。

發(fā)明內容

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種自呼吸式的凝膠流動相異型燃料電池，通過凝膠流動相避免乙醇在質子交換膜上的滲透問題，通過外殼實現電池的自呼吸式吸氣與散熱，提高燃料電池性能。

為實現上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種自呼吸式的凝膠流動相異型燃料電池，所述電池包括：從內到外依次設置的乙醇腔、陽極層、凝膠流動相層、陰極層和外殼；

所述乙醇腔為柱形，上底面和下底面均密封設置，所述乙醇腔的側壁上設置均勻分布的通孔，所述乙醇腔的側壁與所述陽極層相貼合；

所述外殼為柱形，所述外殼的側壁上設置有均勻分布的通孔和均勻排布的散熱片；

所述乙醇腔的下底面與所述外殼的下底面共面，所述乙醇腔的高度小于所述外殼的高度。

可選地，所述陽極層由內到外依次設置陽極擴散層和陽極催化層，所述陰極層由內到外依次設置陰極擴散層和陰極催化層；所述陰極擴散層、所述陰極催化層、所述凝膠流動相層、所述陽極催化層、所述陽極擴散層采用熱壓式方法復合。

可選地，所述陽極擴散層包括氧化錫干凝膠或石墨烯干凝膠，所述陰極擴散層包括多孔碳紙或碳布。

可選地，所述陰極層和所述外殼之間設置有金屬網，所述金屬網用于散熱。

可選地，所述金屬網和所述外殼上均涂有導熱硅脂圖層。

可選地，所述散熱片為弧形散熱片。

可選地，所述乙醇腔的下底面設置有燃料補充閥，用于向所述乙醇腔補充乙醇。

可選地，所述陽極層和所述乙醇腔的側壁之間通過防水膠相貼合。