[發(fā)明專利]圓管式微流體燃料電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110709137.4
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113451603A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉智;陳津杏;馬繼成;白富強(qiáng);焦魁;杜青
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H01M8/0258
• 分類號: H01M8/0258;H01M8/2483
• 代理公司: 天津盈佳知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 12224
• 代理人: 孫寶蕓

本發(fā)明公開了一種圓管式微流體燃料電池，其結(jié)構(gòu)是：作為電池電化學(xué)反應(yīng)的圓管通道由兩個大小不一、截面積為扇形的空心圓柱體組合而成，左半部分沿軸向兩側(cè)設(shè)有凹形通槽，右半部分對應(yīng)位置設(shè)有凸臺，兩者配合無縫隙組裝。兩個半空心圓柱體內(nèi)分別對稱設(shè)有電極凹槽，凹槽內(nèi)分別設(shè)置多孔陰、陽電極。電極凹槽底部對稱開有導(dǎo)線通孔，兩根導(dǎo)線的一端與多孔電極連接，另一端與負(fù)載相接。與圓管通道相接的是Y型三通管，其中一路管道是燃料進(jìn)口；另一路是氧化劑進(jìn)口；圓管通道的混合流體出口端與排液管連接，由此構(gòu)成圓管式微流體燃料電池。Y型三通管通過3D打印技術(shù)制得，本發(fā)明降低了微流體燃料電池制備的復(fù)雜性，便于在小型便攜式設(shè)備上廣泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種圓管式微流體燃料電池。

背景技術(shù)

隨著電子科學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)相關(guān)研究的逐漸深入與融合，各領(lǐng)域不可缺少的便攜式電子設(shè)備數(shù)量也不斷增多。目前，各類便攜式電子設(shè)備都正在向小型化、集成化、多功能化的方向發(fā)展。因此，這些設(shè)備的供能裝置必須滿足便攜、能量密度大、能量效率高等，才能實現(xiàn)低成本、長續(xù)航、運行穩(wěn)定的目標(biāo)。目前鋰離子電池廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中，但是它存在理論能量密度低、充電時間長、正常使用溫度區(qū)間窄、電解液易燃易爆等缺點(CN 109888326B，CN 109728247B)，而且鋰電池大量廢棄會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。為此，亟需開發(fā)一種能量密度高、小型集成化的綠色供能裝置，方能滿足當(dāng)前之所求。

微流體燃料電池通常由微流體通道、陽極電極、陰極電極、液體密封結(jié)構(gòu)等4部分組成，其原理是利用流體在微型通道內(nèi)平行層流的流動，自然地將燃料和氧化劑分隔開，避免了常規(guī)燃料電池內(nèi)的離子交換膜，簡化了燃料電池的結(jié)構(gòu)。

微流體燃料電池作為一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有發(fā)電效率高、無污染、制造簡單、成本低等優(yōu)點，在眾多便攜電子產(chǎn)品中具有廣泛的應(yīng)用前景(CN 108682885B)。目前，微流體燃料電池的主體結(jié)構(gòu)都是平板形，平板形燃料電池的制備相當(dāng)復(fù)雜，尤其是流道的設(shè)計、加工是決定微流體燃料電池性能的關(guān)鍵。平板形燃料電池微通道的制備方法主要有軟光刻、數(shù)控加工、3D打印等，制備工序繁多、操作復(fù)雜。例如：流道板上刻蝕的流體通道作為反應(yīng)區(qū)域占整個電池裝置的區(qū)域較小，且需要底板和蓋板進(jìn)行層疊密封，造成材料的浪費。理想的微流體燃料電池必須具備制備工藝相對簡單、易操作等優(yōu)點才能被廣泛應(yīng)用。而且，上述微流體燃料電池流道均需要采用密封接頭連接微型注射泵或儲液槽，組裝成完整電池的連接過程繁瑣，由此使得電池制備工藝更為復(fù)雜。因此，如果對微流體燃料電池整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，則可以使微流體燃料電池制備流程得到簡化。

發(fā)明內(nèi)容

為解決微流體燃料電池存在的工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，本發(fā)明提供了一種圓管式微流體燃料電池。

以下對本發(fā)明的原理和技術(shù)方案進(jìn)行說明。圓管式微流體燃料電池包括：圓管通道、Y型三通管、密封膠套、排液管、導(dǎo)線和多孔電極、以及碳紙，其機(jī)構(gòu)方案是：圓管通道由兩個大小不一、截面積為扇形的空心圓柱體組合而成，其中左半空心圓柱體的橫截面積大于右半空心圓柱體。左半空心圓柱體沿軸向的兩側(cè)設(shè)有凹形通槽，右半空心圓柱體沿軸向的兩側(cè)設(shè)有凸臺，凹形通槽與凸臺相互配合，無縫隙組裝為一體。左、右兩個半空心圓柱體內(nèi)分別對稱設(shè)有電極凹槽，左半空心圓柱體電極凹槽內(nèi)設(shè)置多孔陰電極；右半空心圓柱體電極凹槽內(nèi)設(shè)置多孔陽電極，兩側(cè)電極凹槽的底部中心對稱開有通孔用以放置導(dǎo)線。左半空心圓柱體內(nèi)導(dǎo)線的一端與多孔陰電極連接；右半空心圓柱體內(nèi)導(dǎo)線的一端與多孔陽電極連接，兩根導(dǎo)線的另一端均與負(fù)載相接。

作為本發(fā)明主要的技術(shù)方案組成之一，Y型三通管一路管道作為燃料進(jìn)口；另一路管道作為氧化劑進(jìn)口；第三路管道作為混合流體出口。第三路管道與圓管通道的進(jìn)口端采用密封膠套連接，圓管通道的出口端與排液管連接，由此構(gòu)成圓管式微流體燃料電池。

作為本發(fā)明另外的主要技術(shù)方案之一，將多孔陽電極和多孔陰電極分別放置在對應(yīng)的電極凹槽內(nèi)構(gòu)成陽極流場板和陰極流場板，多孔陽電極與多孔陰電極的基底材料均為碳紙，在碳紙上噴涂Pt/C(鉑/碳)或Pd/C(鈀/碳)催化劑構(gòu)成陽、陰極催化層。