[发明专利]产物驱动物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法

说明书

本发明公开一种产物驱动物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法，分别独立设置甲醇输送管路和二氧化碳流路，阳极产物二氧化碳产生后直接通过二氧化碳流路排出，减少了二氧化碳与甲醇蒸气掺混，提高了甲醇蒸气的利用率，同时利于二氧化碳收集利用。甲醇蒸气产生后直接进入膜电极参与反应，降低了额外功耗；通过换热管路将燃料电池本体与二氧化碳缓冲罐相连，将阳极产物出口外接二氧化碳缓冲罐，通过燃料电池阳极产物与电池废热的协同管理为甲醇储存罐内活塞提供动力，在无需额外功耗的情况下实现了甲醇燃料的供给。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及产物驱动物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(direct mathanol fuel cell,DMFC)凭借其结构简单、常温工作、系统体积比能量高、燃料方便储运等优势，被认为最有希望应用于电子产品的移动电源之一，在通信、交通和国防等领域有着广泛的应用前景，因此成为国内外众多学者研究的热点。

直接甲醇燃料电池的电极和电池反应如下：

阳极反应为CH₃OH+H₂0→6H⁺+6e^-+CO₂

阴极反应为3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

电池总反应为CH₃OH+3/2O₂→2H₂O+CO₂

目前直接甲醇燃料电池的研究大多集中在以液态甲醇作为燃料的领域，但由于甲醇燃料电池燃料供给大多需要和水混合，这使得其燃料的能量密度降低，同时在运行过程中存在着严重的甲醇穿透问题，在造成大量原料浪费的同时，降低了能量利用率，严重减弱了电池的性能，这为甲醇燃料电池性能的提升带了了很大的困难。

研究表明，甲醇通过蒸气形式参与燃料电池反应能够很好的降低甲醇穿透并进一步提升甲醇的利用效率，但是以甲醇蒸气作为燃料的电池其燃料供给方式多为蒸发膜蒸发形式和外接加热设备加热蒸发形式，其中蒸发膜蒸发形式使得在使用过程中甲醇流量不能够得到精确的控制，进一步影响了燃料电池的稳定运行，而外接加热设备加热蒸发形式增加电池运行的额外功耗，进一步降低了电池效率；液相甲醇供给时采用燃料供给泵也会带来额外功耗进一步降低电池效率。同时，以甲醇蒸气作为燃料的电池在工作过程中，往往存在阳极侧甲醇浓度分布不均、甲醇反应不充分、二氧化碳排出困难等问题，这大大影响了燃料电池的工作效率。

因此，针对上述甲醇燃料电池低效率、难分配、易渗漏等问题，一种工作效率高、控制精度强、无需额外功耗的甲醇燃料电池亟待出现。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种精确高效、稳定运行、持续输出的产物驱动物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法，解决了甲醇蒸气浓度不均匀、甲醇反应不充分、甲醇二氧化碳掺混的问题，提高运行效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

产物驱动物料分离传输直接甲醇燃料电池，包括设置在甲醇燃料电池本体上的阴极集流板、阴极扩散层、阴极催化层、隔膜、阳极催化层、阳极扩散层、阳极集流板和甲醇蒸发区；

其中隔膜与阴极催化层和阳极催化层相连，阴极扩散层与阴极集流板和阴极催化层相连，阳极扩散层与阳极集流板和阳极催化层相连，阳极集流板与甲醇蒸发区和阳极扩散层相连；