[发明专利]低功耗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.低功耗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集流板(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)、阳极集流板(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)与阴极集流板(1)和阴极催化层(3)相连，阳极扩散层(6)与阳极集流板(7)和阳极催化层(5)相连，阳极集流板(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)内分别设置有多条甲醇蒸发管路和多条二氧化碳流路(13)，所述甲醇蒸发管路出口与阳极集流板(7)板中所对应的过孔相连；多条二氧化碳流路(13)进出口分别为二氧化碳流入孔(12)和二氧化碳排出孔(14)，二氧化碳流入孔(12)与阳极集流板(7)板中所对应的过孔相连；多条二氧化碳流路(13)连通后在甲醇蒸发区(8)顶部开设有单个或多个二氧化碳排出孔(14)；

所述阳极集流板(7)中开设有不同直径的过孔，不同直径的过孔分别与甲醇蒸发区(8)内甲醇蒸发管路出口及二氧化碳流入孔(12)对应连通；阳极扩散层(6)是具有多孔结构导电材料；阳极催化层(5)包括具有催化氧化性能的催化剂；隔膜(4)是具有质子导通能力的质子交换膜；阴极催化层(3)包括具有催化还原性能的催化剂；阴极扩散层(2)是具有多孔结构的导电材料；

所述阴极集流板(1)内侧加工有用于向阴极扩散层(2)输送氧气的流道。

2.根据权利要求1所述的低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述甲醇蒸发管路由依次连接的甲醇压缩段(9)、甲醇蒸发段(10)和甲醇混合段(11)组成。

3.根据权利要求2所述的低功耗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(9)为渐缩结构，甲醇蒸发段(10)与甲醇压缩段(9)和甲醇混合段(11)位置对应，甲醇混合段(11)为渐扩结构。

4.根据权利要求3所述的低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：各甲醇蒸发管路在横向和纵向呈阵列分布于甲醇蒸发区(8)。

5.根据权利要求4所述的低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述多条二氧化碳流路(13)呈阵列分布于甲醇蒸发区(8)内。

6.根据权利要求5所述的低功耗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)内各甲醇蒸发管路形成的阵列与多条二氧化碳流路(13)形成的阵列互相交叉分布。

7.根据权利要求5所述的低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述阴极集流板(1)内侧流道为蛇形流道或平行流道。

8.根据权利要求5所述的低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池，其特征在于：所述阳极集流板(7)、阳极扩散层(6)、阴极扩散层(2)和阴极集流板(1)均采用金属材料或碳材料制成。

9.根据权利要求1所述的低功耗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)内部材料为电热材料或导热材料。

10.一种权利要求1所述低功耗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：

液相纯甲醇通过外部或内部动力流入各甲醇蒸发管路受热蒸发产生甲醇蒸气，甲醇蒸气流向阳极集流板(7)，通过阳极集流板(7)分配均匀；

步骤S200：甲醇蒸气的反应与放电：

甲醇蒸气通过阳极集流板(7)经由阳极扩散层(6)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，氧气泵入阴极集流板(1)内侧流道进入阴极催化层(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：

阳极产物二氧化碳经阳极扩散层(6)，进入甲醇蒸发区(8)内从二氧化碳流入孔(12)进入二氧化碳流路(13)，通过各条二氧化碳流路(13)汇集至二氧化碳排出孔(14)排出。