[发明专利]一种直接甲醇燃料电池供给系统和方法

说明书

本发明公开了一种直接甲醇燃料电池供给系统和方法。包括直接甲醇燃料电池、超声雾化器、微流控芯片、燃料储存箱、纯甲醇储存箱、水储存箱、微泵、供给管道；微流控芯片包括流场通道；流场通道为非对称式方形循环腔、圆弧通道、扩张腔依次相连；甲醇储存箱和水储存箱通过供给管道分别与微流控芯片的两个进口相连，且用微泵对两者的流量进行控制；微流控芯片的出口与燃料储存箱相连；燃料储存箱的出口通过微泵连接超声雾化器；所述超声雾化器连通甲醇燃料电池的阳极流场板。本发明的优点在于使用该方式混合的甲醇溶液浓度可控，混合均匀，将为雾化供给方式提供良好的条件，从而进一步提高燃料电池的性能；均匀的甲醇溶液提高了电池放电的稳定性。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种直接甲醇燃料电池供给系统和方法。

背景技术

燃料电池具有高效能、低噪声、无污染、可靠性高等优点，因而受到了人们的广泛关注。其中，质子交换膜燃料电池由于可在室温时快速启动，并可按负载要求改变输出功率，因而一直是人们研究的热点。直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种，由于其具有能量密度高、燃料来源广等优点因而被期望用于各种便携式电子设备中。然而，由于阳极的甲醇会通过质子交换膜到达电池的阴极(甲醇渗透)，在阴极发生电化学氧化，与氧气的电化学还原形成短路，产生混合电位，降低开路电压，从而降低了燃料电池的性能。为了解决这一问题，许多的技术方案被提出，其中超声雾化供给方式能够有效缓解甲醇渗透问题而不降低电池的能量密度、适用范围广。

微流控技术是近十几年来各学科领域研究的重点课题，该技术能够精确控制和操控微尺度流体，主要具有以下特点：第一，微加工技术制作的微流控芯片的微小尺度使多个部件和功能集中在数平方厘米的芯片上，因而体积小，便于携带；第二，操作简便，液体流动可控，通过控制液体的进口流速，就能精确控制物质的浓度；第三，微流控芯片将液体控制在微小的体积中，传质速率高，因而具有极高的混合效率。微流控技术的这些优点，使其在社会各领域尤其是化学、生物、医药等领域得到了广泛的应用。

目前直接甲醇燃料电池领域中甲醇溶液的配置多采用人工或机械的方式事先进行大剂量的混合，然后再将其直接用于电池的供给。由于雾化供给方式受溶液浓度影响较大，而传统的燃料配制方式由于诸多操作及设备的误差则容易存在浓度控制不精确、混合不均等问题。浓度控制不精确一方面使电池的性能无法得到充分发挥，另一方面使得电池的输出性能与期望的输出之间产生较大的误差。而燃料混合不均匀也将带来一系列问题：浓度高时甲醇渗透加剧，降低电池的开路电压；浓度较低时甲醇渗透问题又有所缓解，这将导致电池的动态性能不稳定。传统的燃料配制方式限制了直接甲醇燃料电池性能的进一步提高；利用人工进行燃料的配制则加大了人工劳动强度、增加了整体的成本，而且使电池的操作也更为复杂。

发明内容

本发明目的在于提供一种直接甲醇燃料电池半循环装置和方法，采用超声雾化供给的方式减少甲醇渗透，利用微流控技术为雾化供给方式提供浓度精确、混合均匀的燃料从而提高直接甲醇燃料电池的性能，同时实现对阴极反应中产物水的回收利用。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种直接甲醇燃料电池供给系统，包括超声雾化器、微流控芯片、燃料储存箱、纯甲醇储存箱、水储存箱、微泵、供给管道；

所述纯甲醇储存箱和水储存箱通过供给管道分别与微流控芯片的两个进口相连，且用微泵对两者的流量进行控制；微流控芯片的出口与燃料储存箱相连；燃料储存箱的出口通过微泵连接超声雾化器；所述超声雾化器安装在直接甲醇燃料电池的封装外壳上使其成为一体，且连通甲醇燃料电池的阳极流场板。

按上述方案，燃料电池的阴极流场板与水储存箱相连实现阴极反应产物的回收。

按上述方案，燃料电池的阳极流场板与燃料储存箱相连实现阳极多余甲醇溶液的回收。