CN104362358A

CN104362358A - 直接甲醇燃料电池燃料供给方法及其结构

Info

Publication number: CN104362358A
Application number: CN201410634728.XA
Authority: CN
Inventors: 吴超群; 宋志翔; 周奇; 唐凯; 刘晨阳; 万理
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2015-02-18

Abstract

本发明公开了一种直接甲醇燃料电池燃料供给方法及其结构。其由燃料供给通道、MEA膜、超声振动换能器、密封装置、封装外壳构成；采用粘附、镶嵌或埋覆等方式，将超声振动换能器安装在封装外壳上，使其成为燃料电池封装外壳的一部分；使用电池时，启动振动装置对燃料进行振动实行燃料雾化供给。本发明的优点在于仅需要利用机械振动就能够提高燃料电池的启动电压、瞬态和稳态性能，并且是一种能为当前直接甲醇类燃料电池燃料供给燃料的新方法，可以有效的减少甲醇的渗透而不降低系统的能量密度。

Description

直接甲醇燃料电池燃料供给方法及其结构

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种高能量密度直接甲醇燃料电池的燃料供给方法及结构。

背景技术

燃料电池具备低污染、高效率、免充电、无噪声、燃料来源广等特点成为新能源的重要角色之一，质子交换膜燃料电池能够在极低的温度下(80℃)启动这一特点受到了广泛关注。直接甲醇燃料电池(DMFC)，是质子交换膜燃料电池的变种，它能够直接使用甲醇而不需预先重整。与其它电池相比，直接甲醇燃料电池具有以下特点：第一，其理论能量密度特别高，是现行锂电池的数倍；第二，其极低的工作温度使它在室温下能正常启动；第三，燃料成本低且储存简单方便；第四，它体积小重量轻；第五，无须充电时间。由于上述特点，它被期待应用于各种便携式电子设备。由于质子交换膜制作技术的问题，在反应过程中甲醇也会通过质子交换膜从阳极到达阴极(甲醇渗透)，从而降低电池的电动势和减小甲醇的利用率。这个问题严重阻碍了甲醇燃料电池的推广应用。

目前解决甲醇燃料电池渗透的主要办法是采用低浓度的甲醇水溶液和蒸汽供给。采用低浓度的液体供给可以有效减小甲醇的渗透率，但会明显降低系统的能量密度。蒸汽供给方式是将甲醇溶液气化并通过复杂的扩散结构后参与电化学反应，这样会导致电池的启动性能下降。

发明内容

本发明目的在于提供一种直接甲醇燃料燃料供给方法及其结构，可以提高直接甲醇燃料电池的能量密度。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种直接甲醇燃料电池燃料供给方法，包括使用超声振动换能器对燃料进行振动，使燃料以微小液滴进入燃料通道进行反应。

按上述方案，在电池外壳上安装超声振动换能器，在使用电池时，甲醇与水在液态下混合滴注在超声振动换能器中，经过超声振动换能器的振动面后振动变成微小的液滴供给到阳极进行发电。

按上述方案，所述燃料为甲醇与水混合物，浓度在4-6M之间。

按上述方案，所述燃料微小液滴直径小于5um。

直接甲醇燃料电池，由燃料供给通道、MEA膜、超声振动换能器、密封装置、封装外壳构成；采用粘附、镶嵌或埋覆等方式，将超声振动换能器安装在封装外壳上，使其成为燃料电池封装外壳或燃料供给通道阳极流场板的一部分；使用电池时，燃料滴注在超声振动换能器中，燃料以微小液滴形式供给到阳极进行发电。

按上述方案，所述超声振动换能器的振动部件采用压电陶瓷片。

按上述方案，所述燃料电池带有燃料箱和废气处理装置。

由于采用了与燃料电池的封装外壳一体化的设计思想，不会降低燃料电池能量密度；采用超声振动供给方式供给雾气形态的燃料，可以采用高浓度的甲醇而不加剧甲醇的渗透，提高燃料电池的能量密度；采用振动方式供给的燃料是以微小液滴形式进入电池内部反应，不会产生过高的压力差而导致甲醇渗透增加；采用振动方式供给燃料的速度可以根据外部电路需求而进行控制；超声振动在甲醇中产生的活性自由基等物质有利于缓解催化剂中毒。

本发明的有益效果：

本发明的优点在于燃料在超声振动的作用下能均匀的分布在阳极中，不需要加热装置即可获得较高的电池性能。

仅需要利用机械振动就能够提高燃料电池的启动电压、瞬态和稳态性能，并且是一种能为当前直接甲醇类燃料电池燃料供给燃料的新方法，可以有效的减少甲醇的渗透而不降低系统的能量密度。

超声振动缓解直接甲醇燃料电池催化剂中毒的方法不限于小型、单个燃料电池，对于多个或者大型的燃料电池同样适用。

附图说明

图1：改进直接甲醇燃料电池结构分解示意图；

图2：改进直接甲醇燃料电池工作示意图；

图3：燃料雾化供给对直接甲醇燃料电池开路电压的影响；

图4：燃料雾化供给对直接甲醇燃料电池瞬态放电性能的影响；

1-封装外壳，2-密封圈，3-流场通道，4-密封圈，5-质子交换膜(MEA)，6-密封圈，7-燃料通道，8-密封圈，9-封装外壳，10-超声振动换能器，11-燃料箱，12-甲醇燃料电池，13-废气处理装置，14-负载。

具体实施方式

以下实施例是对本发明技术方案的进一步说明，不作为对保护范围的限制。

参照附图1，直接甲醇燃料电池的燃料通道7和流场通道3中间夹着MEA膜5，通过密封圈4和6进行密封，通过封装外壳1和9进行封装，通过密封圈2和8进行密封，封装外壳1和9通过螺栓或其他方式连接。超声振动换能器采用粘附、镶嵌或埋覆等方式安装在封装外壳上，使其成为燃料电池封装外壳的一部分，工作时对即将进入阳极燃料供给通道的燃料超声辐射，使其以微小液滴进入供给通道。采用振动方式供给的燃料以微小液滴形式进入电池内部反应，不会产生过高的压力差而导致甲醇渗透增加；采用振动方式供给燃料的速度可以根据外部电路需求而进行控制；超声振动在甲醇燃料中产生的活性自由基等物质还有利于缓解催化剂中毒。

参照附图2，超声振动换能器10，将从燃料箱11中输送的燃料通过振动成为微小液滴的形式供给到燃料电池阳极进行反应，产生的电能用来驱动外部负载14，燃料电池产生的废气通过废气处理装置13进行回收处理。

采用超声振动供给燃料方式对直接甲醇燃料电池开路电压的影响。改进后的直接甲醇燃料电池进行了2组对比试验，一种是给超声换能器通电并使其产生超声振动，振动频率为1MHz，燃料经过超声换能器的振动面后振动变成微小的液滴，然后被供给到燃料电池中发电的开路电压；另一种是按照传统的直接供给液体燃料的方式进行反应的开路电压。参照附图3，实验结果表明在采用超声振动供给燃料的电池开路电压好于液体供给的开路电压。

采用超声振动方式供给燃料对直接甲醇燃料电池瞬态放电性能的影响。改进后的直接甲醇燃料电池，一种是给超声换能器通电并使其产生超声振动，振动频率为1MHz，对供给的燃料进行振动后直接甲醇燃料电池的瞬态放电性能；另一个按照传统的直接供给液体燃料的方式进行反应的稳定放电性能。从实验结果可以看出，参照附图4，在对变化的负载进行放电实验时，本发明所提出的燃料电池系统能在各个阶段保持较好的瞬态放电性能。

通过采用超声振动的方式供给燃料，甲醇的渗透减少了，质量传输阻抗变小从而电池开路电压提高，电池输出功率也提高了。

Claims

1.一种直接甲醇燃料电池燃料供给方法，其特征在于包括使用超声振动换能器对燃料进行振动，使燃料以微小液滴形式进入燃料通道进行反应。

2.如权利要求1所述的直接甲醇燃料电池燃料供给方法，其特征在于在电池外壳上安装超声振动换能器，在使用电池时，甲醇与水在液态下混合滴注在超声振动换能器中，经过超声振动换能器的振动面后振动变成微小的液滴供给到阳极进行发电。

3.如权利要求1所述的直接甲醇燃料电池燃料供给方法，其特征在于所述燃料为甲醇与水混合物，浓度在4-6M之间。

4.如权利要求1所述的直接甲醇燃料电池燃料供给方法，其特征在于所述燃料微小液滴直径小于5um。

5.一种直接甲醇燃料电池，其特征在于由燃料供给通道、MEA膜、超声振动换能器、密封装置、封装外壳构成；采用粘附、镶嵌或埋覆等方式，将超声振动换能器安装在封装外壳上，使其成为燃料电池封装外壳或燃料供给通道阳极流场板的一部分；使用电池时，燃料滴注在超声振动换能器中，以微小液滴形式供给到阳极进行发电。

6.如权利要求5所述的直接甲醇燃料电池，其特征在于所述超声振动换能器的振动部件采用压电陶瓷片。

7.如权利要求5所述的直接甲醇燃料电池，其特征在于所述燃料电池带有燃料箱和废气处理装置。