[发明专利]一种高性能径向微流体燃料电池

说明书

本发明公开一种高性能径向微流体燃料电池，由隔板与覆盖在隔板上的上、下两个盖板热压封装而成，隔板上开设有两个轴对称分布的凹形流道；上、下两个盖板上分别设置有电极凹槽，电极凹槽内嵌入多孔电极，多孔电极通过金属导线与外电路相连，电极凹槽的底部中心开有通孔作为电极液入口，上盖板的电极凹槽的两侧开有通孔作为反应液的出口；两个凹形流道围绕在多孔电极的外周；通过反应液在多孔电极内的径向流动，有效提高了微流体燃料电池的电池性能；通过在阴阳极中间加入开有“凹”形流道的隔板，将阳极液与阴极液的层流界面限制在多孔电极的电极边缘，极大的减小了层流界面混合区对微流体燃料电池尺寸的限制，单电池输出功率可达数百毫瓦。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种高性能径向微流体燃料电池。

背景技术

微流体燃料电池是一种无需使用质子交换膜的新型燃料电池，其利用微流通道内低雷诺数流动的物理特点，使阳极液和阴极液在同一微流通道中平行层流流动而较少混合。微流体燃料电池与传统的有膜燃料电池相比，减少或消除了由于膜的使用而存在的水管理、热管理等技术问题，结构简单，成本低，具有良好的应用前景。然而，研究中发现，阳极液与阴极液交界面由于扩散作用会产生一个混合区，该混合区中同时含有燃料和氧化物，且随着微流通道长度的增加，混合区的宽度会不断增大。当微流通道的长度增大到某一程度时，混合区中的燃料或氧化物扩散到对方电极，会造成电池电压的下降。因此，为了避免混合区对电池性能的影响，微流体燃料电池的尺寸通常受到限制，这也导致了微流体燃料电池的单池输出功率通常都比较低，无法满足电子设备的实际需求。

发明内容

本发明提供一种高性能径向微流体燃料电池，用以解决现有的微流体燃料电池由于混合区的存在而尺寸受到限制，单池输出功率较低的问题。

一种高性能径向微流体燃料电池，由隔板与覆盖在隔板上的上、下两个盖板热压封装而成，其特征在于，所述隔板上开设有两个轴对称分布的凹形流道；

所述上、下两个盖板上分别设置有电极凹槽，电极凹槽内嵌入多孔电极，多孔电极通过金属导线与外电路相连，所述电极凹槽的底部中心开有通孔作为电极液入口，所述上盖板的电极凹槽的两侧开有通孔作为反应液的出口；

所述凹形流道由平底部和两个侧壁组成，两个凹形流道的侧壁相靠近设置；凹形流道设置在多孔电极的外周，且凹形流道的侧壁及部分平底部与多孔电极重合。

上盖板上为多孔阳极，下盖板上为多孔阴极，均为正方形，且阳极液入口和阴极液入口均为方形。

进一步的，所述隔板与上、下两个盖板的材料均为PMMA，隔板厚度为0.2～0.4mm，盖板的厚度为0.5～1mm。

进一步的，上盖板上的阳极凹槽与下盖板上的阴极凹槽尺寸相同，深度均为0.2～0.4mm，长度和宽度均为0.5～2cm；当反应液的流速为300μL/min时，优选的，其长度和宽度可设为1cm。

进一步的，所述多孔阳极与多孔阴极材料均为碳纸，尺寸与阳极凹槽和阴极凹槽的尺寸相配合，多孔阳极嵌入在阳极凹槽内，多孔阴极嵌入在阴极凹槽内。

进一步的，阳极液为二价钒的硫酸溶液，阴极液为五价钒的硫酸溶液。

进一步的，所述凹型流道距离多孔电极的边缘0.08～1.2mm。

进一步的，阳极液入口与阴极液入口均为边长1～3mm的方形。

进一步的，反应液的出口为直径0.5～1mm的圆形。

优选的，隔板厚度为0.3mm，盖板的厚度为1mm；阳极凹槽与阴极凹槽尺寸相同，深度均为0.3mm，当反应液的流速为300μL/min时，其长度和宽度均为1cm；凹型流道的平底部与多孔电极有1mm的重合；阳极液入口与阴极液入口均为边长2mm的方形；反应液的出口为直径1mm的圆形。