一種被動(dòng)式直接液體燃料電池及其制備方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種被動(dòng)式直接液體燃料電池及其制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]為了緩解能源短缺、環(huán)境污染兩大危機(jī)，燃料電池目前已成為科學(xué)家研究的重點(diǎn)，其具有環(huán)保、高效、啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的燃料電池一般采用平板型板框式結(jié)構(gòu)，固定電極時(shí)需要使用螺栓等配件，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)比較笨重復(fù)雜，制作成本高。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提出一種被動(dòng)式直接液體燃料電池及其制備方法，該燃料電池運(yùn)用到了 3D打印技術(shù)。這使得該燃料電池的附加零件數(shù)量大為減少，從而有利于減小體積和重量，使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時(shí)也使得燃料電池的生產(chǎn)裝配更加便利。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0005]—種被動(dòng)式直接液體燃料電池，包括采用3D打印技術(shù)制成的集流板一體化燃料腔體和密封緊固集流板，集流板一體化燃料腔體與密封緊固集流板相扣合，且二者之間設(shè)置有膜電極。
[0006]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0007]所述集流板一體化燃料腔體包括一體式結(jié)構(gòu)的燃料腔體和第一集流板，燃料腔體上開(kāi)設(shè)有燃料加注孔和與密封緊固集流板相配合的固定扣槽，第一集流板上開(kāi)設(shè)有正方形燃料孔。
[0008]所述第一集流板的表面低于燃料腔體的表面，有利于膜電極的固定和組裝。
[0009]所述密封緊固集流板包括作為主體的第二集流板，第二集流板的表面設(shè)置凸圓結(jié)構(gòu)，并開(kāi)設(shè)若干與第一集流板上燃料孔相對(duì)應(yīng)的透氣孔；第二集流板的四周設(shè)計(jì)有多個(gè)與第一集流板上的固定扣槽相配合的固定搭扣。
[0010]所述膜電極包括依次緊貼的陽(yáng)極、離子交換膜和陰極，陽(yáng)極的外側(cè)和陰極的外側(cè)分別設(shè)置防止燃料泄露的第一墊片和第二墊片。
[0011]—種被動(dòng)式直接液體燃料電池的制作方法，包括以下步驟:
[0012]I)使用三維建模軟件建模，采用3D打印技術(shù)打印，完成集流板一體化燃料腔體、密封緊固集流板的制作；
[0013]2)將第一墊片、陽(yáng)極、離子交換膜、陰極、第二墊片依次疊放在集流板一體化燃料腔體的第一集流板上，然后把密封緊固集流板蓋在膜電極上，將固定搭扣扣進(jìn)固定扣槽，實(shí)現(xiàn)密封、緊固整個(gè)電池，完成整個(gè)電池的制作。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015](I)集流板一體化燃料腔體，運(yùn)用3D打印將燃料腔體和集流板結(jié)合成一體，集流板部分采用導(dǎo)電3D打印材料打印，使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、緊湊，重量減輕。
[0016](2)密封緊固集流板，運(yùn)用3D打印技術(shù)將密封緊固部件和集流板結(jié)合成一體，集流板部分采用導(dǎo)電3D打印材料打印，使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、緊湊，重量減輕。
[0017](3)集流板部分采用凸圓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于集流板的壓力均勻分布，使膜電極結(jié)合更加緊密，減小接觸電阻。
[0018](4)固定搭扣和固定扣槽一體成型，省去了傳統(tǒng)的螺栓等緊固部件，有利于系統(tǒng)的緊湊化和輕量化。
[0019](5) 3D導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料的配合使用，通過(guò)集流板一體化燃料腔體和密封緊固集流板的設(shè)計(jì)，摒棄了傳統(tǒng)集流板的單獨(dú)設(shè)置，有利于系統(tǒng)的緊湊化和輕量化。
[0020](6)采用3D打印技術(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)單電池的個(gè)性化設(shè)計(jì)和電堆的一體化成型，有利于滿足不同環(huán)境下電池的設(shè)計(jì)使用。
[0021](7)采用3D打印技術(shù)既能滿足緊湊復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工，而且可以輕松實(shí)現(xiàn)批量化且一體化成型，有利于成熟技術(shù)的市場(chǎng)推廣。
[0022](8)本發(fā)明的三維形貌，可根據(jù)實(shí)際需要任意改變。
【【附圖說(shuō)明】】
[0023]圖1為本發(fā)明完整電池爆炸視圖放大軸測(cè)圖；
[0024]圖2為本發(fā)明集流板一體化燃料腔體放大軸測(cè)圖；
[0025]圖3為本發(fā)明膜電極爆炸視圖放大軸測(cè)圖；
[0026]圖4為本發(fā)明密封緊固集流板放大軸測(cè)圖；
[0027]圖5為本發(fā)明集流板凸圓結(jié)構(gòu)放大側(cè)視圖。
[0028]其中:1為集流板一體化燃料腔體；2為膜電極；3為密封緊固集流板；4為第一集流板；5為燃料腔體；6為燃料孔；7為固定扣槽；8為第一墊片；9為陽(yáng)極；10為離子交換膜；11為陰極；12為第二墊片；13為凸圓結(jié)構(gòu)；14為透氣孔；15為固定搭扣；16為燃料加注孔；17為第二集流板。
【【具體實(shí)施方式】】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0030]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括集流板一體化燃料腔體1、膜電極2、密封緊固集流板3。
[0031]1.集流板一體化燃料腔體I
[0032]本發(fā)明提供一種燃料腔體、集流板合為一體的制作方案。為了使燃料電池的結(jié)構(gòu)更加緊湊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電池的固定不使用螺栓，運(yùn)用3D打印技術(shù)，將第一集流板4和燃料腔體5制成一體，在第一集流板4部分打上足夠多的正方形燃料孔6，使燃料能充分接觸電極，同時(shí)在燃料腔體5四周設(shè)計(jì)有固定扣槽7，以實(shí)現(xiàn)密封和緊固。為了使制作方便，同時(shí)滿足一些微小尺寸的加工要求，使用三維建模軟件建模，第一集流板4部分采用導(dǎo)電3D打印材料打印，完成集流板一體化燃料腔體I的制作。
[0033]如圖2所示，為集流板一體化燃料腔體I，包括燃料腔體5，第一集流板4，正方形燃料孔6，燃料加注孔16，固定扣槽7。由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且當(dāng)尺寸較小時(shí)，加工更加困難，故使用三維建模軟件構(gòu)建模型后采用3D打印技術(shù)打印模型，同時(shí)集流板部分應(yīng)采用導(dǎo)電的3D打印材料。
[0034]2.膜電極2
[0035]如圖3所示，膜電極2包括第一墊片8、陽(yáng)極9、離子交換膜10、陰極11、第二墊片12，第二墊片12能有效防止燃料泄露。
[0036]3.密封緊固集流板3
[0037]密封緊固集流板3主要起固定、密封和集流的作用，第二集流板17部分的制作采用導(dǎo)電3D打印材料，且設(shè)計(jì)成凸圓結(jié)構(gòu)13，密封緊固集流板上3開(kāi)有足夠多的正方形透氣孔14，使空氣能充分接觸陰極11。同時(shí)，在密封緊固集流板3四周上設(shè)計(jì)有固定搭扣15，配合集流板一體化燃料腔體I的固定扣槽7，實(shí)現(xiàn)密封和緊固整個(gè)電池。
[0038]如圖4所示，為密封緊固集流板3，包括第二集流板17、正方形透氣孔14、固定搭扣15。第二集流板17部分的制作采用導(dǎo)電3D打印材料，這樣可以起導(dǎo)電集流作用，同時(shí)使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單輕便，密封緊固集流板3上開(kāi)有足夠多的正方形透氣孔14，使空氣能充分接觸陰極。同時(shí)，在密封緊固集流板3上設(shè)計(jì)由多個(gè)固定搭扣15，配合集流板一體化燃料腔體I的固定扣槽7，實(shí)現(xiàn)密封和緊固整個(gè)電池?？紤]到扣緊后，由于受力不均，第二集流板17可能變形，故集流板采用凸圓結(jié)構(gòu)13設(shè)計(jì)，這樣可以使得膜電極2受力即接觸更加均勻，減小電阻。
[0039]本發(fā)明還公開(kāi)了一種被動(dòng)式直接液體燃料電池的制備方法，具體包括以下步驟:
[0040]I)使用三維建模軟件建模，采用3D打印技術(shù)打印，完成集流板一體化燃料腔體1、密封緊固集流板3的制作；
[0041]2)將第一墊片8、陽(yáng)極9、離子交換膜10、陰極11、第二墊片12依次疊放在集流板一體化燃料腔體I的第一集流板4上，然后把密封緊固集流板3蓋在膜電極2上，將固定搭扣15扣進(jìn)固定扣槽7，實(shí)現(xiàn)密封、緊固整個(gè)電池，完成整個(gè)電池的制作。
[0042]以上內(nèi)容僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種被動(dòng)式直接液體燃料電池，其特征在于，包括采用3D打印技術(shù)制成的集流板一體化燃料腔體(I)和密封緊固集流板(3)，集流板一體化燃料腔體(I)與密封緊固集流板(3)相扣合，且二者之間設(shè)置有膜電極(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式直接液體燃料電池，其特征在于，所述集流板一體化燃料腔體(I)包括一體式結(jié)構(gòu)的燃料腔體(5)和第一集流板(4)，燃料腔體(5)上開(kāi)設(shè)有燃料加注孔(16)和與密封緊固集流板(3)相配合的固定扣槽(7)，第一集流板(4)上開(kāi)設(shè)有正方形燃料孔(6)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的被動(dòng)式直接液體燃料電池，其特征在于，所述第一集流板(4)的表面低于燃料腔體(5)的表面，有利于膜電極的固定和組裝。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的被動(dòng)式直接液體燃料電池，其特征在于，所述密封緊固集流板(3)包括作為主體的第二集流板(17)，第二集流板(17)的表面設(shè)置凸圓結(jié)構(gòu)(13)，并開(kāi)設(shè)若干與第一集流板⑷上燃料孔(6)相對(duì)應(yīng)的透氣孔(14);第二集流板(17)的四周設(shè)計(jì)有多個(gè)與第一集流板(4)上的固定扣槽(7)相配合的固定搭扣(15)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)式直接液體燃料電池，其特征在于，所述膜電極(2)包括依次緊貼的陽(yáng)極(9)、離子交換膜(10)和陰極(11)，陽(yáng)極(9)的外側(cè)和陰極(11)的外側(cè)分別設(shè)置防止燃料泄露的第一墊片(8)和第二墊片(12)。6.一種采用權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述被動(dòng)式直接液體燃料電池的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)使用三維建模軟件建模，采用3D打印技術(shù)打印，完成集流板一體化燃料腔體(I)、密封緊固集流板(3)的制作； 2)將第一墊片(8)、陽(yáng)極(9)、離子交換膜(10)、陰極(11)、第二墊片(12)依次疊放在集流板一體化燃料腔體(I)的第一集流板(4)上，然后把密封緊固集流板(3)蓋在膜電極(2)上，將固定搭扣(15)扣進(jìn)固定扣槽(7)，實(shí)現(xiàn)密封、緊固整個(gè)電池，完成整個(gè)電池的制作。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種被動(dòng)式直接液體燃料電池，屬于燃料電池領(lǐng)域，包括采用3D打印技術(shù)制成的集流板一體化燃料腔體和密封緊固集流板，集流板一體化燃料腔體與密封緊固集流板相扣合，且二者之間設(shè)置有膜電極。本發(fā)明對(duì)集流板、燃料腔體、密封緊固方式的設(shè)計(jì)，使得集流板、燃料腔體、搭扣實(shí)現(xiàn)一體化，所述集流板一體化燃料腔體、密封緊固集流板采用3D打印技術(shù)快速打印成型，使得整個(gè)燃料電池結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，重量更輕，體積更小。
【IPC分類】H01M8/0202
【公開(kāi)號(hào)】CN105226305
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510683882
【發(fā)明人】李印實(shí), 曹楊, 何雅玲, 陳杰
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月20日