[发明专利]一种甲醇-二甲醚混合蒸汽进料燃料电池系统

说明书

本发明提供一种甲醇‑二甲醚混合蒸汽进料燃料电池系统，所述燃料电池系统包括混合燃料存储罐、燃料电池单体电池或燃料电池电堆、空气泵；所述混合燃料存储罐中贮存有甲醇和二甲醚的混合燃料，所述混合燃料中甲醇的摩尔分数为5％‑40％；所述混合燃料存储罐出口与所述燃料电池单体电池或燃料电池电堆阳极入口相连通，为所述燃料电池单体电池或燃料电池电堆阳极提供反应燃料；所述空气泵为所述燃料电池单体电池或燃料电池电堆阴极提供氧化剂。与现有技术相比，本发明将甲醇与二甲醚在一定比例混合，可实现无需外部汽化器情况下的气态进料，大幅简化了系统结构；同时燃料渗透大幅降低，提升了电池性能。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种甲醇-二甲醚混合蒸汽进料燃料电池。

背景技术

燃料电池是一类将燃料化学能直接转换为电能的能量转化装置，具有效率高、无污染、噪音低等诸多优势，在动力电源、备用电源及移动电源领域应用前景广阔。

液体甲醇储运方便，且电化学氧化速率较高，是一种比较理想的燃料电池燃料。在便携电源领域，直接甲醇燃料电池(DMFC)优势明显，在野外勘探、无人值守等诸多方面已有应用。然而甲醇渗透困扰是DMFC一大国际难题，其导致后果有三：一是降低了燃料利用率，二是造成混合电位引起电压下降，三是加剧了水淹，氧传质阻力增大(从阳极渗透到阴极甲醇同氧气反应生成水)。

为了减缓甲醇渗透带来的负面效果，常见的手段有：1.选用醇水渗透系数小的电解质膜，此举会带来质子电导率的下降或是寿命降低；2.阴极使用耐甲醇催化剂，此举只是消除了混合电位。

液态的水、醇在质子交换膜Nafion渗透率高，但气态的甲醇在Nafion膜的渗透率要低几个数量级。因此采用甲醇蒸汽进料可大幅降低甲醇渗透。但是甲醇在常温下是液体，汽化需要大量的热量，在电池系统中得使用汽化器，此无疑增大了系统的复杂度及体积重量。

针对上述问题，本发明提出一种甲醇-二甲醚混合燃料进料的燃料电池。二甲醚是常见的化工产品，其在常温下为气态，液化压力仅为5个大气压。二甲醚电氧化速率较甲醇慢，故直接二甲醚燃料电池的性能低于直接甲醇燃料电池。如果将甲醇与二甲醚在一定比例混合，可实现无需外部汽化器情况下的气态进料，大幅简化了系统结构；同时燃料渗透大幅降低，提升了电池性能。

发明内容

针对以上问题，本发明目的在于提供一种甲醇-二甲醚混合蒸汽进料燃料电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种甲醇-二甲醚混合蒸汽进料燃料电池系统，所述燃料电池系统包括混合燃料存储罐、燃料电池单体电池或燃料电池电堆、空气泵；所述混合燃料存储罐中贮存有甲醇和二甲醚的混合燃料，所述混合燃料中甲醇的摩尔分数为5％-40％；所述混合燃料存储罐出口与所述燃料电池单体电池或燃料电池电堆阳极入口相连通，为所述燃料电池单体电池或燃料电池电堆阳极提供反应燃料；所述空气泵为所述燃料电池单体电池或燃料电池电堆阴极提供氧化剂。

混合燃料存储罐为压力储罐，所述压力储罐出口与所述燃料电池单体电池或燃料电池电堆阳极入口之间设置有减压阀。混合燃料经减压阀减压后进入燃料电池电堆阳极腔室，空气经由空气泵进入燃料电池阴极腔室,如图3所示。

所述燃料电池单体电池具有自返水电极结构,亦即阴极反应生成的水会透过质子交换膜到达阳极。在电池运行时其阴阳两极发生的主要反应为

阳极：CH₃OH+H₂0→CO₂+6H⁺

CH₃OCH₃+3H₂0→2CO₂+12H⁺

阴极：