[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

说明书

本发明公开一种物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法，本发明的物料分离传输直接甲醇燃料电池，阳极侧采用新型顺流传输结构，液相纯甲醇经甲醇蒸发管路受热蒸发产生甲醇蒸气，甲醇蒸气通过甲醇蒸气流道直接流入阳极扩散层，反应产物直接回流至与燃料产物分离区中甲醇蒸气流道所隔绝的二氧化碳缓冲区直接排出到大气中，甲醇与产物分开输送，燃料电池整体从液相甲醇流入至二氧化碳排出整体过程形成稳定的顺流传输流路，有利于阳极侧反应稳定高效地运行，提高电池效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种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。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来了很大的困难。

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、易掺混等问题，一种运行高效、输出稳定的甲醇燃料电池亟待出现。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种运行高效、输出稳定的物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法，避免甲醇蒸气和二氧化碳掺混，提高电池效率。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种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流场板、阴极扩散层、阴极催化层、隔膜、阳极催化层、阳极扩散层、燃料产物分离区和甲醇蒸发区；

其中隔膜与阴极催化层和阳极催化层相连，阴极扩散层与阴极流场板和阴极催化层相连，阳极扩散层与阳极催化层和燃料产物分离区相连，燃料产物分离区与甲醇蒸发区和阳极扩散层相连；

所述甲醇蒸发区设置有甲醇进口和甲醇蒸发管路，甲醇进口与甲醇蒸发管路进口连通，所述燃料产物分离区是内部分布有甲醇蒸气流道的空腔，空腔部分为二氧化碳缓冲区，空腔与阳极扩散层连通，燃料产物分离区开设有二氧化碳出口；所述甲醇蒸气流道一端与甲醇蒸发区内的甲醇蒸发管路出口连通，甲醇蒸气流道另一端与阳极扩散层连通；

阳极扩散层和阴极扩散层是具有多孔结构的导电材料；阴极流场板内侧加工有与阴极扩散层连通的流道。

进一步，所述甲醇蒸发管路包括甲醇压缩段、甲醇蒸发段和甲醇扩散段，其中甲醇蒸发段与甲醇压缩段和甲醇扩散段相连通。

进一步，所述甲醇压缩段是渐缩结构，甲醇蒸发段对应甲醇压缩段和甲醇扩散段位置，甲醇扩散段是渐扩结构。

进一步，所述甲醇压缩段在横向和纵向阵列分布于甲醇蒸发区；甲醇蒸发段在横向和纵向阵列分布于甲醇蒸发区内；甲醇扩散段在横向和纵向阵列分布于甲醇蒸发区。

进一步，所述甲醇蒸气流道与甲醇扩散段相连通阵列分布于燃料产物分离区。

进一步，所述阴极流场板内流道为蛇形流道、平行流道、非连续型流道或交指型流道。

进一步，所述甲醇蒸发区内部材料是电热材料或导热材料。

进一步，所述阳极扩散层和阴极扩散层采用金属材料或碳材料制成。