直接甲醇燃料電池燃料供給方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接甲醇燃料電池燃料供給方法及其結(jié)構(gòu)。其由燃料供給通道、MEA膜、超聲振動換能器、密封裝置、封裝外殼構(gòu)成；采用粘附、鑲嵌或埋覆等方式，將超聲振動換能器安裝在封裝外殼上，使其成為燃料電池封裝外殼的一部分；使用電池時，啟動振動裝置對燃料進行振動實行燃料霧化供給。本發(fā)明的優(yōu)點在于僅需要利用機械振動就能夠提高燃料電池的啟動電壓、瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，并且是一種能為當(dāng)前直接甲醇類燃料電池燃料供給燃料的新方法，可以有效的減少甲醇的滲透而不降低系統(tǒng)的能量密度。
【專利說明】直接甲醇燃料電池燃料供給方法及其結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種高能量密度直接甲醇燃料電池的燃料供給方法及結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池具備低污染、高效率、免充電、無噪聲、燃料來源廣等特點成為新能源的重要角色之一，質(zhì)子交換膜燃料電池能夠在極低的溫度下(80°C )啟動這一特點受到了廣泛關(guān)注。直接甲醇燃料電池(DMFC)，是質(zhì)子交換膜燃料電池的變種，它能夠直接使用甲醇而不需預(yù)先重整。與其它電池相比，直接甲醇燃料電池具有以下特點:第一，其理論能量密度特別高，是現(xiàn)行鋰電池的數(shù)倍；第二，其極低的工作溫度使它在室溫下能正常啟動；第三，燃料成本低且儲存簡單方便；第四，它體積小重量輕；第五，無須充電時間。由于上述特點，它被期待應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備。由于質(zhì)子交換膜制作技術(shù)的問題，在反應(yīng)過程中甲醇也會通過質(zhì)子交換膜從陽極到達陰極(甲醇滲透)，從而降低電池的電動勢和減小甲醇的利用率。這個問題嚴重阻礙了甲醇燃料電池的推廣應(yīng)用。
[0003]目前解決甲醇燃料電池滲透的主要辦法是采用低濃度的甲醇水溶液和蒸汽供給。采用低濃度的液體供給可以有效減小甲醇的滲透率，但會明顯降低系統(tǒng)的能量密度。蒸汽供給方式是將甲醇溶液氣化并通過復(fù)雜的擴散結(jié)構(gòu)后參與電化學(xué)反應(yīng)，這樣會導(dǎo)致電池的啟動性能下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種直接甲醇燃料燃料供給方法及其結(jié)構(gòu)，可以提高直接甲醇燃料電池的能量密度。
[0005]為達到上述目的，采用技術(shù)方案如下:
[0006]一種直接甲醇燃料電池燃料供給方法，包括使用超聲振動換能器對燃料進行振動，使燃料以微小液滴進入燃料通道進行反應(yīng)。
[0007]按上述方案，在電池外殼上安裝超聲振動換能器，在使用電池時，甲醇與水在液態(tài)下混合滴注在超聲振動換能器中，經(jīng)過超聲振動換能器的振動面后振動變成微小的液滴供給到陽極進行發(fā)電。
[0008]按上述方案，所述燃料為甲醇與水混合物，濃度在4-6M之間。
[0009]按上述方案，所述燃料微小液滴直徑小于5um。
[0010]直接甲醇燃料電池，由燃料供給通道、MEA膜、超聲振動換能器、密封裝置、封裝外殼構(gòu)成；采用粘附、鑲嵌或埋覆等方式，將超聲振動換能器安裝在封裝外殼上，使其成為燃料電池封裝外殼或燃料供給通道陽極流場板的一部分；使用電池時，燃料滴注在超聲振動換能器中，燃料以微小液滴形式供給到陽極進行發(fā)電。
[0011]按上述方案，所述超聲振動換能器的振動部件采用壓電陶瓷片。
[0012]按上述方案，所述燃料電池帶有燃料箱和廢氣處理裝置。
[0013]由于采用了與燃料電池的封裝外殼一體化的設(shè)計思想，不會降低燃料電池能量密度；采用超聲振動供給方式供給霧氣形態(tài)的燃料，可以采用高濃度的甲醇而不加劇甲醇的滲透，提高燃料電池的能量密度；采用振動方式供給的燃料是以微小液滴形式進入電池內(nèi)部反應(yīng)，不會產(chǎn)生過高的壓力差而導(dǎo)致甲醇滲透增加；采用振動方式供給燃料的速度可以根據(jù)外部電路需求而進行控制；超聲振動在甲醇中產(chǎn)生的活性自由基等物質(zhì)有利于緩解催化劑中毒。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于燃料在超聲振動的作用下能均勻的分布在陽極中，不需要加熱裝置即可獲得較高的電池性能。
[0016]僅需要利用機械振動就能夠提高燃料電池的啟動電壓、瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，并且是一種能為當(dāng)前直接甲醇類燃料電池燃料供給燃料的新方法，可以有效的減少甲醇的滲透而不降低系統(tǒng)的能量密度。
[0017]超聲振動緩解直接甲醇燃料電池催化劑中毒的方法不限于小型、單個燃料電池，對于多個或者大型的燃料電池同樣適用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:改進直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0019]圖2:改進直接甲醇燃料電池工作示意圖；
[0020]圖3:燃料霧化供給對直接甲醇燃料電池開路電壓的影響；
[0021]圖4:燃料霧化供給對直接甲醇燃料電池瞬態(tài)放電性能的影響；
[0022]1-封裝外殼，2-密封圈，3-流場通道，4-密封圈，5-質(zhì)子交換膜(MEA)，6_密封圈，
7-燃料通道，8-密封圈，9-封裝外殼，10-超聲振動換能器，11-燃料箱，12-甲醇燃料電池，13-廢氣處理裝置，14-負載。

【具體實施方式】
[0023]以下實施例是對本發(fā)明技術(shù)方案的進一步說明，不作為對保護范圍的限制。
[0024]參照附圖1，直接甲醇燃料電池的燃料通道7和流場通道3中間夾著MEA膜5，通過密封圈4和6進行密封，通過封裝外殼I和9進行封裝，通過密封圈2和8進行密封，封裝外殼I和9通過螺栓或其他方式連接。超聲振動換能器采用粘附、鑲嵌或埋覆等方式安裝在封裝外殼上，使其成為燃料電池封裝外殼的一部分，工作時對即將進入陽極燃料供給通道的燃料超聲輻射，使其以微小液滴進入供給通道。采用振動方式供給的燃料以微小液滴形式進入電池內(nèi)部反應(yīng)，不會產(chǎn)生過高的壓力差而導(dǎo)致甲醇滲透增加；采用振動方式供給燃料的速度可以根據(jù)外部電路需求而進行控制；超聲振動在甲醇燃料中產(chǎn)生的活性自由基等物質(zhì)還有利于緩解催化劑中毒。
[0025]參照附圖2，超聲振動換能器10，將從燃料箱11中輸送的燃料通過振動成為微小液滴的形式供給到燃料電池陽極進行反應(yīng)，產(chǎn)生的電能用來驅(qū)動外部負載14，燃料電池產(chǎn)生的廢氣通過廢氣處理裝置13進行回收處理。
[0026]采用超聲振動供給燃料方式對直接甲醇燃料電池開路電壓的影響。改進后的直接甲醇燃料電池進行了 2組對比試驗，一種是給超聲換能器通電并使其產(chǎn)生超聲振動，振動頻率為1MHz，燃料經(jīng)過超聲換能器的振動面后振動變成微小的液滴，然后被供給到燃料電池中發(fā)電的開路電壓；另一種是按照傳統(tǒng)的直接供給液體燃料的方式進行反應(yīng)的開路電壓。參照附圖3，實驗結(jié)果表明在采用超聲振動供給燃料的電池開路電壓好于液體供給的開路電壓。
[0027]采用超聲振動方式供給燃料對直接甲醇燃料電池瞬態(tài)放電性能的影響。改進后的直接甲醇燃料電池，一種是給超聲換能器通電并使其產(chǎn)生超聲振動，振動頻率為IMHz，對供給的燃料進行振動后直接甲醇燃料電池的瞬態(tài)放電性能；另一個按照傳統(tǒng)的直接供給液體燃料的方式進行反應(yīng)的穩(wěn)定放電性能。從實驗結(jié)果可以看出，參照附圖4，在對變化的負載進行放電實驗時，本發(fā)明所提出的燃料電池系統(tǒng)能在各個階段保持較好的瞬態(tài)放電性能。
[0028]通過采用超聲振動的方式供給燃料，甲醇的滲透減少了，質(zhì)量傳輸阻抗變小從而電池開路電壓提聞，電池輸出功率也提聞了。
【權(quán)利要求】
1.一種直接甲醇燃料電池燃料供給方法，其特征在于包括使用超聲振動換能器對燃料進行振動，使燃料以微小液滴形式進入燃料通道進行反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的直接甲醇燃料電池燃料供給方法，其特征在于在電池外殼上安裝超聲振動換能器，在使用電池時，甲醇與水在液態(tài)下混合滴注在超聲振動換能器中，經(jīng)過超聲振動換能器的振動面后振動變成微小的液滴供給到陽極進行發(fā)電。
3.如權(quán)利要求1所述的直接甲醇燃料電池燃料供給方法，其特征在于所述燃料為甲醇與水混合物，濃度在4-6M之間。
4.如權(quán)利要求1所述的直接甲醇燃料電池燃料供給方法，其特征在于所述燃料微小液滴直徑小于5um。
5.一種直接甲醇燃料電池，其特征在于由燃料供給通道、MEA膜、超聲振動換能器、密封裝置、封裝外殼構(gòu)成；采用粘附、鑲嵌或埋覆等方式，將超聲振動換能器安裝在封裝外殼上，使其成為燃料電池封裝外殼或燃料供給通道陽極流場板的一部分；使用電池時，燃料滴注在超聲振動換能器中，以微小液滴形式供給到陽極進行發(fā)電。
6.如權(quán)利要求5所述的直接甲醇燃料電池，其特征在于所述超聲振動換能器的振動部件采用壓電陶瓷片。
7.如權(quán)利要求5所述的直接甲醇燃料電池，其特征在于所述燃料電池帶有燃料箱和廢氣處理裝置。
【文檔編號】H01M8/04GK104362358SQ201410634728
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】吳超群, 宋志翔, 周奇, 唐凱, 劉晨陽, 萬理 申請人:武漢理工大學(xué)