[发明专利]一种物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法

权利要求书

1.一种物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：包括设置在甲醇燃料电池本体上的阴极流场板（1）、阴极扩散层（2）、阴极催化层（3）、隔膜（4）、阳极催化层（5）、阳极扩散层（6）、燃料产物分离区（7）和甲醇蒸发区（8）；

其中隔膜（4）与阴极催化层（3）和阳极催化层（5）相连，阴极扩散层（2）与阴极流场板（1）和阴极催化层（3）相连，阳极扩散层（6）与阳极催化层（5）和燃料产物分离区（7）相连，燃料产物分离区（7）与甲醇蒸发区（8）和阳极扩散层（6）相连；

所述甲醇蒸发区（8）设置有甲醇进口（9）和甲醇蒸发管路，甲醇进口（9）与甲醇蒸发管路进口连通，所述燃料产物分离区（7）是内部分布有甲醇蒸气流道（13）的空腔，空腔部分为二氧化碳缓冲区（14），空腔与阳极扩散层（6）连通，燃料产物分离区（7）开设有二氧化碳出口（15）；所述甲醇蒸气流道（13）一端与甲醇蒸发区（8）内的甲醇蒸发管路出口连通，甲醇蒸气流道（13）另一端与阳极扩散层（6）连通；

所述甲醇蒸发管路包括甲醇压缩段（10）、甲醇蒸发段（11）和甲醇扩散段（12），甲醇压缩段（10）通过甲醇蒸发段（11）与甲醇扩散段（12）相连通；

阳极扩散层（6）和阴极扩散层（2）是具有多孔结构的导电材料；阴极流场板（1）内侧加工有与阴极扩散层（2）连通的流道。

2.如权利要求1所述的物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述甲醇压缩段（10）是渐缩结构，甲醇扩散段（12）是渐扩结构。

3.如权利要求2所述的物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述甲醇压缩段（10）在横向和纵向阵列分布于甲醇蒸发区（8）；甲醇蒸发段（11）在横向和纵向阵列分布于甲醇蒸发区（8）内；甲醇扩散段（12）在横向和纵向阵列分布于甲醇蒸发区（8）。

4.如权利要求3所述的物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述甲醇蒸气流道（13）与甲醇扩散段（12）相连通阵列分布于燃料产物分离区（7）。

5.如权利要求4所述的物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述阴极流场板（1）内流道为蛇形流道、平行流道、非连续型流道或交指型流道。

6.如权利要求1-4任一项所述的物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述甲醇蒸发区（8）内部材料是电热材料或导热材料。

7.如权利要求1-4任一项所述的物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述阳极扩散层（6）和阴极扩散层（2）采用金属材料或碳材料制成。

8.如权利要求1-4任一项所述的物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述二氧化碳出口（15）位于燃料产物分离区（7）上侧。

9.一种权利要求1所述物料分离传输直接甲醇燃料电池的工作方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S100：甲醇蒸气的制备与供给：

甲醇蒸发区（8）获得能够使甲醇蒸发的热量，液相纯甲醇通过甲醇进口（9）流入甲醇蒸发管路，甲醇蒸发管路采用渐缩渐扩结构，在甲醇蒸发区中经压缩、蒸发、混合过程，液相甲醇受热蒸发产生甲醇蒸气，甲醇蒸气经甲醇蒸气流道（13）直接进入阳极扩散层（6）参与电池反应；

步骤S200：甲醇蒸气的反应与放电：

甲醇蒸气通过阳极扩散层（6）分配均匀，进一步流入阳极催化层（5）与来自阴极侧的水发生氧化反应，生成二氧化碳、电子和质子，氧气通过阴极流场板（1）、阴极扩散层（2）进入阴极催化层（3），来自阳极侧的质子在阴极催化层（3）与氧气和质子发生还原反应生成水，完成甲醇燃料电池放电；

步骤S300：二氧化碳的流动与导出：

阳极产物二氧化碳分别经阳极催化层（5）进入二氧化碳缓冲区（14）进一步通过二氧化碳出口（15）排放至大气。