[发明专利]一种产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池

说明书

一种产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池及其工作方法，包括甲醇燃料电池本体以及设置在其阳极侧的甲醇缓冲区、多孔板、甲醇蒸发区，通过二氧化碳控制阀利用阳极产物带动气动隔膜泵向甲醇蒸发区稳定输送液相甲醇，通过电池换热管路将电池废热用于甲醇蒸发区加热。本发明将渐缩渐扩结构应用于甲醇蒸发区，使甲醇蒸发过程更加节能高效；通过电池换热管路将电池运行过程中产生的废热用于甲醇蒸发区加热，电池阳极工作产物二氧化碳为气动隔膜泵提供动力，无需额外功耗实现了甲醇供给与蒸发过程；通过对甲醇工作区与蒸发区换热量以及对气动隔膜泵二氧化碳供给量的精确控制，获得恒定流量的甲醇蒸气参与电池反应，提升甲醇燃料电池的工作效率和稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池。

背景技术

燃料电池直接甲醇燃料电池凭借其结构简单、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。

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；同时，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。

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

本发明的目的在于提供一种在无需额外功耗的前提下能够精确高效、稳定运行、持续输出的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池及其工作方法。

为达到上述目的，本发明的产物驱动热量平衡直接甲醇燃料电池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、阴极扩散层、阴极催化层、隔膜、阳极催化层、阳极扩散层和阳极流场；其中隔膜与阴极催化层、阳极催化层相连，阴极扩散层与阴极流场、阴极催化层相连，阳极扩散层与阳极催化层和阳极流场相连；

在甲醇燃料电池本体的阳极侧安装有甲醇蒸发区，所述甲醇蒸发区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，在甲醇蒸发区出口侧设置有多孔板，多孔板另一侧与开设有二氧化碳排出孔的甲醇缓冲区相连，甲醇缓冲区另一侧与阳极流场相连；甲醇蒸发区进口侧通过气动隔膜泵与甲醇储存罐相连；甲醇蒸发区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相连；甲醇缓冲区的二氧化碳排出孔外接有二氧化碳控制阀，二氧化碳控制阀的另外两个接口分别与气动隔膜泵和空气相连。

所述阴极流场、阳极流场为导电的金属材料或碳材料，其中阴极流场、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。

所述阴极扩散层、阳极扩散层为具有多孔结构的导电金属材料或碳材料。

所述阴极催化层为具有催化还原性能的催化剂，所述阳极催化层为具有催化氧化性能的催化剂。

所述隔膜为具有质子导通能力的质子交换膜。

所述多孔板为金属材料、碳材料或有机材料的多孔结构板。