[发明专利]一种势能驱动物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法有效

专利信息
申请号: 201910053647.3 申请日: 2019-01-21
公开(公告)号: CN109830722B 公开(公告)日: 2022-06-03
发明(设计)人: 李印实;王睿;李明佳 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: H01M8/1011 分类号: H01M8/1011;H01M8/04186
代理公司: 北京市诚辉律师事务所 11430 代理人: 范盈
地址: 710049 陕西省西*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 势能 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】:

发明公开一种势能驱动物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法,直接甲醇燃料电池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,使燃料能够直接均匀地进入阳极,解决了因甲醇二氧化碳掺混、甲醇反应不充分、甲醇蒸气浓度不均匀等问题,更有利于阳极侧反应稳定高效地运行,提高电池效率;利用压缩弹簧存在的弹性势能作为稳定动力源,用来推动活塞做功使液态甲醇进入电池内,使用储存势能而非外界电能,保证电池运行过程的稳定性;通过对电池内二氧化碳排出流量的控制来控制电池内气压控制进入电池内液态甲醇的流量,实现对电池放电量的精准控制。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域,具体涉及一种势能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(DMFC)在通信、交通和国防等领域有着广泛的应用前景,具有结构简单、常温工作、系统体积比能量高、燃料方便储运等优势其电池反应如下:

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

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、输出稳定的势能驱动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,降低额外功耗。

为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:

一种势能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蒸发管路,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;

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