本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于棉線的被動式微流體燃料電池。

背景技術(shù)：

微流體燃料電池(microfluidicfuelcells)是利用流體在微尺度下的層流流動而將燃料和氧化劑自然分開，從而去除了傳統(tǒng)微型燃料電池中用于分隔陰陽極的質(zhì)子交換膜，不僅簡化了電池的結(jié)構(gòu)，還降低了電池成本。然而目前絕大多數(shù)關(guān)于微流體燃料電池的研究均需要外部驅(qū)動設(shè)備(一般為微量注射泵)來驅(qū)動液體流動，以維持燃料和氧化劑的層流狀態(tài)，而外部驅(qū)動設(shè)備的使用不僅大大增加了整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的體積和成本，而且降低了微流體燃料電池的凈輸出功率，嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步的微型化及實(shí)際應(yīng)用。因此，去除外部驅(qū)動設(shè)備的完全被動式微流體燃料電池將使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡化、凈輸出增加，真正實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的集成化和微型化，為微流體燃料電池作為便攜式設(shè)備電源的應(yīng)用又向前邁進(jìn)了一步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的缺陷及改進(jìn)需求，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于棉線的被動式微流體燃料電池。

本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案是：一種基于棉線的被動式微流體燃料電池，包括陽極碳紙和陰極碳紙；其特征在于：陽極碳紙和陰極碳紙上分別設(shè)置有棉線一和棉線二，棉線一與棉線二由棉線三進(jìn)行隔離；棉線一的一端插入入口培養(yǎng)皿一內(nèi)、入口培養(yǎng)皿一內(nèi)存儲有陽極電解液；棉線二的一端插入入口培養(yǎng)皿二內(nèi)、入口培養(yǎng)皿二內(nèi)存儲有陰極電解液；棉線三的一端插入入口培養(yǎng)皿三內(nèi)，入口培養(yǎng)皿三內(nèi)存儲有隔離液；棉線一、棉線二和棉線三的另一端均插入出口培養(yǎng)皿內(nèi)；陽極碳紙和陰極碳紙與棉線相接觸面分別涂覆有陽極催化劑層和陰極催化層。出口培養(yǎng)皿用于收集廢液。

本發(fā)明利用棉線的毛細(xì)力作用輔以重力實(shí)現(xiàn)陰極電解液和陽極電解液的連續(xù)流動，同時(shí)，采用三通道結(jié)構(gòu)，通過隔離棉線引入第三種液體即隔離液將陰陽極分隔的同時(shí)促進(jìn)陰陽極之間質(zhì)子交換。相比較于傳統(tǒng)的微流體燃料電池，基于棉線的微流體燃料電池取消了傳統(tǒng)微流體燃料電池對微泵的依賴，極大的簡化了微流體燃料電池的附件設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明所述的一種基于棉線的被動式微流體燃料電池的優(yōu)選方案，陽極碳紙和陰極碳紙放置在底板上，棉線的上方設(shè)置有封口膜。

根據(jù)本發(fā)明所述的一種基于棉線的被動式微流體燃料電池的優(yōu)選方案，棉線一、棉線二、棉線三分別有多條。

本發(fā)明所述的一種基于棉線的被動式微流體燃料電池的有益效果是：本發(fā)明利用棉線的毛細(xì)力作用輔以重力實(shí)現(xiàn)陰極液和陽極液的連續(xù)流動，同時(shí)，采用三通道結(jié)構(gòu)，通過隔離棉線引入第三種液體將陰陽極分隔的同時(shí)促進(jìn)陰陽極之間質(zhì)子交換，取消了傳統(tǒng)微流體燃料電池對微泵的依賴，極大的簡化了微流體燃料電池的附件設(shè)備，本發(fā)明成本低，結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比高；可廣泛應(yīng)用在能源、化工、環(huán)保等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是一種基于棉線的被動式微流體燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是電池功率密度和極化曲線。

具體實(shí)施方式

參見圖1和圖2，一種基于棉線的被動式微流體燃料電池，包括陽極碳紙6和陰極碳紙7；陽極碳紙6和陰極碳紙7上分別設(shè)置有棉線一2和棉線二4，棉線一2與棉線二4由棉線三3進(jìn)行隔離；棉線一2的一端插入入口培養(yǎng)皿一11內(nèi)、入口培養(yǎng)皿一11內(nèi)存儲有陽極電解液；棉線二4的一端插入入口培養(yǎng)皿二12內(nèi)、入口培養(yǎng)皿二12內(nèi)存儲有陰極電解液；棉線三3的一端插入入口培養(yǎng)皿三13內(nèi)，入口培養(yǎng)皿三13內(nèi)存儲有隔離液；棉線一2、棉線二4和棉線三3的另一端均插入出口培養(yǎng)皿10內(nèi)；陽極碳紙6和陰極碳紙7與棉線相接觸面分別涂覆有陽極催化劑層8和陰極催化層9。陽極碳紙和陰極碳紙放置在底板5上，底板5采用玻璃板；棉線的上方設(shè)置有封口膜1。

在具體實(shí)施例中，可以采用噴涂法在碳紙電極上制備催化劑層。催化劑層主要由少量碳黑、催化劑納米顆粒和nafion構(gòu)成，其中，陽極催化劑納米顆粒為鈀黑，陰極催化劑納米顆粒為鉑黑，陽極鈀載量為5mg/cm²，陰極鉑載量為3mg/cm²。陽極液采用甲酸與硫酸的混合溶液2mhcooh+1mh2so4，陰極液采用硫酸與溶解氧的混合溶液1mh2so4+溶解氧，隔離液采用h2so4。

在具體實(shí)施例中，棉線一2、棉線二4、棉線三3分別有多條，?？梢酝ㄟ^改變棉線一2、棉線二4、棉線三3的條數(shù)和進(jìn)出口培養(yǎng)皿的高度差來改變流體流量。棉線可以采用滌綸、羊毛、棉等纖維經(jīng)過親水處理后制成。但是由于棉纖維特殊的內(nèi)部孔隙，效果最好。

本發(fā)明采用噴涂的方法分別在陽極碳紙和陰極碳紙上涂覆陽極催化劑層和陰極催化劑層，通過棉線的毛細(xì)力作用和重力結(jié)合將陽極電解液和陰極電解液輸運(yùn)到碳紙電極表面進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了微流體燃料電池的完全被動式運(yùn)行。

參見圖2，圖2表示陽極液采用2mhcooh+1mh2so4，陰極液采用1mh2so4+溶解氧，隔離液采用1mh2so4時(shí)，陽極電解液和陰極電解液流量為75μl/min時(shí)，得到最大電流密度和最高功率密度分別為45ma/cm²和4.9mw/cm²。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于棉線的被動式微流體燃料電池，包括陽極碳紙和陰極碳紙；其特征在于：陽極碳紙和陰極碳紙上分別設(shè)置有棉線一和棉線二，棉線一與棉線二由棉線三進(jìn)行隔離；棉線一的一端插入入口培養(yǎng)皿一內(nèi)、入口培養(yǎng)皿一內(nèi)存儲有陽極電解液；棉線二的一端插入入口培養(yǎng)皿二內(nèi)、入口培養(yǎng)皿二內(nèi)存儲有陰極電解液；棉線三的一端插入入口培養(yǎng)皿三內(nèi)，入口培養(yǎng)皿三內(nèi)存儲有隔離液；棉線一、棉線二和棉線三的另一端均插入出口培養(yǎng)皿內(nèi)；陽極碳紙和陰極碳紙與棉線相接觸面分別涂覆有陽極催化劑層和陰極催化層；本發(fā)明利用棉線的毛細(xì)力作用輔以重力實(shí)現(xiàn)陰極液和陽極液的連續(xù)流動，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在能源、化工、環(huán)保等領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：葉丁丁;吳銳;朱恂;張彪;陳蓉;李俊;付乾;張亮;廖強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.08.09
技術(shù)公布日：2017.10.24