[实用新型]一种用于直接甲醇燃料电池系统的浓度传感器

说明书

本实用新型公开了一种用于直接甲醇燃料电池系统的浓度传感器，特点是包括壳体、温度传感器和叉指电极；壳体内部呈中空腔体，在中空腔体内设将其分隔成相连通两部分的支架层，壳体上设两个通液孔，两个通液孔设于同侧或对侧壳体上与中空腔体连通；温度传感器和叉指电极固定在中空腔体内；叉指电极包括基底和设于基底上的导电叉指；导电叉指表面镀铂；叉指电极上相邻导电叉指之间的间隙距离与导电叉指宽度为设定比值，将浓度传感器接入流路中检测甲醇浓度。本实用新型的优点是该浓度传感器体积小、结构简单，可灵活接入直接甲醇燃料电池流路中，对甲醇浓度实时检测。

技术领域

本实用新型属于甲醇浓度传感器技术领域，尤其涉及一种用于直接甲醇燃料电池系统的浓度传感器。

背景技术

直接醇类燃料电池(DAFC)是将储存于醇类(甲醇、乙醇等)燃料中的化学能直接转化成电能的装置，具有比能量高、无污染、无辐射、携带方便、安全可靠等特点，在移动电源等方面具有广阔的应用前景。比能量高是DAFC的重要优势之一，例如甲醇的理论比能量达到6,000Wh/kg以上。采用纯液体燃料进料可以极大地提高能量密度，但由于醇类(特别是甲醇)可以通过质子交换膜渗透到阴极，导致电池性能降低，因此目前多采用低浓度的水溶液为燃料。从目前技术水平来看，仍可以携带纯燃料，只是在进入电池组之前需要将燃料浓度调整到预定浓度。因此能够测量醇类浓度的传感器成为DAFC系统的关键器件。

适用醇类检测的传感器大多采用燃料电池型的方式。该传感器类似于一个燃料电池单池。因其材料结构同DAFC膜电极很相似，在工业化方面具有优势。其中，工作于恒定电压的驱动模式传感器具有响应信号强，浓度范围宽，寿命长等优势。其工作原理是：在膜电极集合体(MEA)的阳极上施加能够使甲醇发生电化学氧化反应的恒定电位。甲醇溶液可以由阳极进料直接到达阳极催化剂层，也可以由阴极进料，透过质子交换膜到达阳极。无论哪种方式，都要通过适当阻碍层后达到载有Pt等贵金属催化剂的电极表面发生电化学氧化。由于有阻碍层的作用产生极限扩散电流，通过测得该极限扩散电流可以测定甲醇浓度。MEA阳极侧甲醇发生氧化反应，MEA阴极侧生成氢气。形成动态氢参比电极。

阳极：CH₃OH+H₂O-6e^-＞CO₂+6H⁺

阴极：6H⁺+6e^-＞3H₂

文献1，(Barton，J.Electrochem.Soc.，145(1998)，3783)报道了一种基于甲醇通过电解质膜渗透的传感器。测量原理是基于驱动模式：醇类从MEA阴极侧流过，少量醇通过电解质膜扩散到阳极，甲醇在阳极发生电化学氧化。阴极有氢气生成形成准动态氢参比电极。为了清洁阳极和防止空气中氧的干扰，阳极室不断通入惰性气体(如氮气)。

文献2，(专利WO0246733)利用膜的透醇特性，通过测量极限电流达到测量醇类浓度的目的。提出一种阴极进料的结构。为了避免空气中氧气的干扰，该结构使阳极处于封闭状态。

文献3，(美国专利US6,306,285B1)报道了一种浸入式甲醇传感器。其测量原理是：MEA两侧都浸入在甲醇溶液中。扩散到阳极催化剂层的甲醇在外加电位下发生电化学氧化反应，在另一侧发生还原生成氢气。在阳极侧加强阻碍层(如致密地Toray碳纸作为扩散层)使形成极限扩散。通过对极限电流的测量达到测量醇类浓度的目的。