[发明专利]一种直接甲醇燃料电池系统及其供给控制方法

说明书

本发明公开了一种直接甲醇燃料电池系统及其供给控制方法，包括燃料电池电堆、水热管理模块、燃料供给模块、气体供应模块和检测控制模块；所述检测控制模块与燃料电池电堆、水热管理模块、燃料供给模块和气体供应模块电连接；所述燃料供给模块经管路与水热管理模块相连，为燃料电池供应反应燃料，所述气体供应模块经管路与燃料电池电堆阴极入口相连，为燃料电池供应空气和/或氧气，燃料供给模块包括甲醇计量泵、甲醇缓冲罐、辅助液泵、燃料桶，燃料桶、辅助液泵、甲醇缓冲罐、甲醇计量泵依次连接，甲醇计量泵通过管路与水热管理模块连接。本发明可以解决计量泵出现的吸液不畅问题，同时也增强了系统续航能力。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种直接甲醇燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池DMFC是目前以液体燃料如甲醇、乙醇、二甲醚等进料的燃料电池中研究最为广泛的一种，DMFC具有紧凑的构造，并且DMFC使用甲醇作为直接燃料，不使用重整器重整甲醇以生成氢气，再加以使用，这样可以舍弃了大量的附加装置。DMFC具有高效率、内部燃料直接转换、加燃料方便等优点被广泛研究。

在DMFC工作过程中，燃料甲醇水溶液沿阳极极板的流场通道，经扩散层进入催化层，在阳极电催化剂的作用下发生电化学氧化反应，生成CO₂、质子和电子，质子通过电解质膜传递至阴极区，电子通过外电路做功进入阴极区，与到达阴极催化层的氧气在电催化剂的作用下发生电化学还原反应生成水。在阳极电极和阴极电极之间发生的电化学反应的反应方程式描述如下：

阳极电极：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极电极：3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

总方程式：CH₃OH+3/2O₂→CO₂+3H₂O

直接甲醇燃料电池作为便携式移动电源的一种，为满足系统体积小、重量轻、集成度高、可操作性强、效率高的特点，DMFC系统通常采用纯甲醇作为燃料，但纯甲醇进料浓度过高会造成甲醇渗透严重，从而导致电池性能下降，不利于系统的稳定运行和系统效率的提高。为解决这一问题，通常是将纯甲醇吸入至系统中的缓冲腔里，稀释后再注入电堆。为保证注入电堆的的稀甲醇溶液浓度的一致，通常采用计量泵根据甲醇消耗的多少，定时定量的往系统中的缓冲腔补充甲醇。

上述技术存在如下的缺点：一是定时的往系统中的缓冲腔补充甲醇是通过计量泵完成的，因为甲醇挥发性强，系统停止工作一段时间后，计量泵体以及其进出口管路中的甲醇会完全挥发掉，处于干燥的状态。由于计量泵的结构导致其这种状态下无法正常吸液或者自吸能力下降，从而使系统停止一段时间再启动时无法正常工作；二是目前的燃料是存放在外置燃料罐中的，随后通过计量泵吸取，用尽后就需更换或重新加注燃料，燃料量的多少决定了系统续航能力的大小，当然可以通过选用体积较大的燃料桶，但是较大体积的燃料罐不利于目前燃料罐口尺寸的统型。

发明内容

本发明的目的在于用于解决上述技术问题，提供一种直接甲醇燃料电池系统及其供给控制方法，本发明可以解决计量泵出现的吸液不畅问题，同时也增强了系统续航能力。