[发明专利]凝胶流动相方形直接乙醇燃料电池组

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特指一种凝胶流动相方形直接乙醇燃料电池组。

背景技术

直接乙醇燃料电池(Direct Ethanol Fuel Cell，DEFC)直接使用液态乙醇作燃料，且乙醇可由生物质(Biomass)通过发酵制得，来源丰富，毒性低，含氢量高，是一种完全可再生的资源。DEFC具有能耗少、能量密度高、操作简单、噪声低等优点，在小型独立电源、国防通讯、单兵作战武器电源以及移动电话、摄像机和笔记本电脑电源等领域具有广阔的应用前景。因此，国内外很多高校、科研机构和大公司均对DEFC研究开发投入了大量的人力和物力。目前研究的重点是新型高温电解质膜及高催化活性和高选择性的电催化剂开发两方面，从而降低DEFC的成本，提高DEFC的性能。

异形结构(多为方形和圆形)的DEFC，在用作便携式动力电池时，具有独特的优点。在圆形DEFC研究上，国外有研究报道，但未有制作成电池组的报道。同时也未见方形DEFC的相关报道。另外，应用的DEFC广泛使用质子交换Nafion膜，价格昂贵，并且有明显的乙醇渗透(Crossover)现象，使乙醇直接穿透Nafion膜而流失，造成乙醇燃料大量损失，DEFC功率密度下降。同时乙醇燃料的渗透会在电极产生反应，毒化阳极和阴极电催化剂，使电极活性降低。有关DEFC质子交换膜方面的研究，取得了一些进展，文献表明，国外学者已开发出用于DEFC的低渗透导质子复合电解质膜，显示出良好的导质子能力和低渗透率，但是仍没有完全解决乙醇的渗透问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效解决乙醇的渗透问题，不使用质子交换膜，结构合理且工作性能好的低成本方形直接乙醇燃料电池组。

本发明的技术解决方案是：

一种凝胶流动相方形直接乙醇燃料电池组，其特征是：包括电池外壳，内外电极，外壳内设置外电极，外电极与外壳通过焊接点呈线接触式连接，在内电极内侧与外壳和外电极与外壳之间设置上下贯通的空气室，内、外电池之间设置凝胶流动相室，其中凝胶流动相的制备成分(以重量计)如下：

C₂H₅OH                         5～75％

H₂SO₄                          10～40％

H₂O                            10～40％

混合酸                         2～10％

导电聚合物和/或金属粉末         1～10％

金属有机化合物或金属盐          1～20％。

内、外电极均为热压式膜电极，由多孔钛板、阳极催化剂、凝胶流动相、阴极催化剂、扩散层和多孔钛板依次复合而成，此处的凝胶流动相与上述电池组中所述的凝胶流动相相同。

扩散层由多孔碳纤维纸或碳纤维布组成。

外壳为塑料、不锈钢或纯钛材料。

混合酸是全氟磺酸、磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸或磷锡酸。

导电聚合物是聚苯胺或聚吡咯，金属粉末是Ag、Au或Cu粉末。金属有机化合物是钛酸酯类或硅酸酯类，金属盐是硅酸钠。

制备凝胶流动相时，以金属有机化合物或金属盐为前驱体，流动相中的乙醇为分散介质，加入硫酸、水，经水解、缩聚反应形成溶胶(Sol)，并进一步掺杂混合酸、聚合物或金属粉末制成凝胶流动相。

本发明以具有较高导质子、电子能力的凝胶(Gel)流动相取代目前普遍使用的硫酸、乙醇液相电解质流动相，可以彻底解决乙醇渗透的问题，降低其对DEFC阴极和阳极电催化剂的毒化，可以提高DEFC的性能；同时由于Gel流动相具有较高的导质子和电子能力，起到了质子交换膜的作用。因此，在新型DEFC中可以不使用质子交换膜，从而简化电池结构，大大降低其制造成本，可以推动DEFC的市场化进程。