[发明专利]一种产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池

权利要求书

1.一种产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，包括甲醇燃料电池本体以及设置在甲醇燃料电池本体内的阴极流场(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)和阳极流场(7)；其中隔膜(4)与阴极催化层(3)、阳极催化层(5)相连，阴极扩散层(2)与阴极流场(1)、阴极催化层(3)相连，阳极扩散层(6)与阳极催化层(5)和阳极流场(7)相连；

在甲醇燃料电池本体的阳极侧安装有甲醇蒸发区(10)，所述甲醇蒸发区(10)内出口侧安装有带有若干渐缩渐扩结构甲醇流道的导热板(15)，在甲醇蒸发区(10)出口侧设置有多孔板(9)，多孔板(9)另一侧与开设有二氧化碳排出孔的甲醇缓冲区(8)相连，甲醇缓冲区(8)另一侧与阳极流场(7)相连；甲醇蒸发区(10)进口侧通过气动隔膜泵(11)与甲醇储存罐(12)相连；甲醇蒸发区(10)壁面与甲醇燃料电池本体壁面通过环绕的外接电池换热管路(13)相连；甲醇缓冲区(8)的二氧化碳排出孔外接有二氧化碳控制阀(14)，二氧化碳控制阀(14)的另外两个接口分别与气动隔膜泵(11)和空气相连。

2.根据权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述阴极流场(1)、阳极流场(7)为导电的金属材料或碳材料，其中阴极流场(1)、阳极流场(7)内侧加工有蛇形流道、平行流道、非连续型流道或交指型流道。

3.根据权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述阴极扩散层(2)、阳极扩散层(6)为具有多孔结构的导电金属材料或碳材料。

4.根据权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述阴极催化层(3)为具有催化还原性能的催化剂，所述阳极催化层(5)为具有催化氧化性能的催化剂。

5.根据权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述隔膜(4)为具有质子导通能力的质子交换膜。

6.根据权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述多孔板(9)为金属材料、碳材料或有机材料的多孔结构板。

7.根据权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述气动隔膜泵(11)所用泵体材料为塑料、铝合金、铸铁或不锈钢，所用隔膜材料为丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶或聚四氟乙烯；甲醇储存罐(12)采用耐甲醇材料聚乙烯或聚甲醛制成。

8.根据权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述电池换热管路(13)采用重力式热管、吸液芯热管或旋转热管。

9.根据权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述二氧化碳控制阀(14)采用一进两出的三向阀结构。

10.一如权利要求1所述的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池的工作方法，其特征在于：

步骤S100：甲醇蒸气的制备与供给：甲醇燃料电池预运行一段时间后，甲醇燃料电池本体壁面产生的高温通过电池管热管路与甲醇蒸发区内导热板进行换热，通过控制电池换热管路冷端与甲醇蒸发区接触面积进一步控制甲醇蒸发区内部结构壁面温度；甲醇燃料电池阳极产物二氧化碳通过二氧化碳控制阀进入气动隔膜泵使甲醇流入甲醇蒸发区，通过控制二氧化碳进气量进一步控制甲醇流量；甲醇流入甲醇蒸发区后通过渐缩结构与甲醇蒸发区内壁面进行压缩换热蒸发为甲醇蒸气，进一步通过渐扩结构使甲醇蒸气混合均匀；进一步，甲醇蒸气由甲醇蒸发区通过多孔板流入甲醇缓冲区，使混合更加均匀；

步骤S200：甲醇蒸气的反应与放电：甲醇蒸气通过阳极流场分配均匀，进一步经由阳极扩散层流入阳极催化层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，二氧化碳分别经过阳极催化层、阳极扩散层、阳极流场和甲醇缓冲区排放至二氧化碳控制阀，电子分别经过阳极催化层、阳极扩散层和阳极流场导入外电路，质子在电场作用下穿过隔膜迁移至阴极催化层；同时，电子经由外电路分别经由阴极流场、阴极扩散层进入阴极催化层，氧气由空气泵或氧气瓶泵入并经过阴极流场、阴极扩散层进入阴极催化层，来自阳极侧的质子在阴极催化层与氧气和质子发生还原反应生成水，水在浓差作用下穿过隔膜进入阳极催化层；上述过程完成甲醇燃料电池放电。