專利名稱：直接二甲醚燃料電池的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種燃料電池，特別涉及一種直接二甲醚燃料電池。
背景技術(shù)：
直接二甲醚燃料電池(簡稱DDFC)，是在陽極側(cè)直接加入二甲醚氣體或二甲醚溶 液作為燃料，而無需重整，在陰極側(cè)通入空氣或空氣作為氧化劑，用質(zhì)子交換膜分隔陽極和 陰極，采用碳載鉑或碳載鉑系合金作為電催化劑，并且可以將多個這樣的燃料電池單體串 聯(lián)或并聯(lián)成電堆使用，將化學能裝換為電能的裝置。直接二甲醚燃料電池除了具有一般燃 料電池清潔、高效等優(yōu)點外，還有它自身的特點和優(yōu)勢如二甲醚的毒性微弱，燃料從陽極 透過電解質(zhì)膜向陰極的滲透小，理論比能量高，燃料來源豐富、安全、儲運方便等。由于其燃 料的特殊性，既適宜于手機、筆記本等便攜式電源，也適宜移動電源和混合電動車的電源。 因此，目前國內(nèi)有多家科研機構(gòu)都對直接二甲醚燃料電池進行了深入的研究，研究主要集 中在二甲醚的電氧化機理、陽極電催化劑、電池運行條件等方面。 二甲醚在常溫常壓下以氣體形式存在，也可以溶解到水中形成二甲醚水溶液， 2(TC時二甲醚在水中的飽和濃度為1.65mol L—、這個濃度與直接醇類燃料電池的燃料甲 醇、乙醇所用的濃度較接近。因此直接二甲醚燃料電池的燃料既可以是二甲醚氣體也可以 是二甲醚溶液。但當以二甲醚溶液作為燃料的電池在高溫運行時，由于二甲醚在水中的溶 解度隨著溫度的升高而降低，使得一部分二甲醚以氣體形式從溶液中蒸發(fā)出來。二甲醚溶 液作為電池燃料時，要求膜電極為親水型電極，電極內(nèi)部以液路為主，而二甲醚氣體的產(chǎn)生 勢必會影響二甲醚液體在電極內(nèi)部的傳輸，導致電池性能下降。

實用新型內(nèi)容為了解決以二甲醚水溶液作為燃料的直接二甲醚燃料電池在高溫運行時，由于二 甲醚在水中的溶解度隨著溫度的上升而下降，使得一部分二甲醚以氣體形式從溶液中蒸發(fā) 出來，影響了二甲醚在電極內(nèi)部的傳輸，導致電池性能下降的問題。本實用新型提出了一種 直接二甲醚燃料電池，以使二甲醚燃料能夠更加充分、合理的利用，不僅提高了二甲醚燃料 的利用效率，而且提高了電池的放電性能。 本實用新型涉及的直接二甲醚燃料電池是由采用石墨板的陽極流場板、陰極流場 板和膜電極構(gòu)成，其特殊之處是所述的陽極流場板的流場分為三個部分，分別為位于陽極 流場板中間的液相區(qū)、位于陽極流場板兩側(cè)的氣相區(qū)和位于液相區(qū)與氣相區(qū)相交處的擴散 區(qū)，膜電極上與液相區(qū)相對應的部分為親水型電極、與氣相區(qū)相對應的部分為憎水型電極、 與擴散區(qū)相對應的部分為弱憎水型電極。 上述的直接二甲醚燃料電池，擴散區(qū)是由鑲嵌在陽極流場板表面的聚四氟乙烯板 構(gòu)成。 上述的直接二甲醚燃料電池，液相區(qū)的流場結(jié)構(gòu)為點狀流場、蛇型流場或直線型 流場。[0008] 上述的直接二甲醚燃料電池，氣相區(qū)的流場結(jié)構(gòu)為直線型流場或蛇型流場。 電池工作時，在液相區(qū)中通入二甲醚水溶液燃料，由于二甲醚在水中的溶解度隨 著溫度的升高而降低，當電池在高溫運行時，液相區(qū)中的二甲醚將有一部分以氣體形式從 水溶液中逸出，由于壓力的原因，二甲醚氣體將通過擴散區(qū)從液相區(qū)中擴散到氣相區(qū)中，此 時，二甲醚水溶液在液相區(qū)，二甲醚氣體在氣相區(qū)同時進行著電化學反應，解決了以二甲醚 水溶液作為燃料的直接二甲醚燃料電池在高溫運行時，由于二甲醚在水中的溶解度降低， 所逸出的部分二甲醚氣體影響電池正常運行的問題。使得二甲醚燃料能夠更加充分、合理 的利用，不但提高了二甲醚燃料的利用效率，并且電池性能提高了 20%。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中陽極流場板內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖2的A-A剖視圖； 圖4是圖1中膜電極結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是陽極流場板的液相區(qū)流場結(jié)構(gòu)(蛇型流場)示意圖； 圖6是陽極流場板的液相區(qū)流場結(jié)構(gòu)(直線型流場)示意圖； 圖7是陽極流場板的氣相區(qū)流場結(jié)構(gòu)(蛇型流場)示意圖； 圖8是本實用新型的陽極流場板(圓形)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式實施例1 如圖1 圖4所示，該直接二甲醚燃料電池是由陽極流場板1 、陰極流場板3 、膜電 極2、端板4和設置在端板4上的加熱片6構(gòu)成，在陽極流場板1 一側(cè)設有排氣孔7，其中膜 電極2位于陽極流場板1和陰極流場板3之間，陽極流場板1和陰極流場板3采用石墨板。 陽極流場板1的流場分為三個部分，分別為位于陽極流場板1中間的液相區(qū)103、位于陽極 流場板1兩側(cè)的氣相區(qū)101和位于液相區(qū)103與氣相區(qū)101相鄰處的擴散區(qū)102，所述的擴 散區(qū)102是由鑲嵌在陽極流場板1表面的聚四氟乙烯板條構(gòu)成。所述的液相區(qū)103與氣相 區(qū)101的面積比為1 : 5-5 : 1。其中液相區(qū)103的流場結(jié)構(gòu)為點狀流場，也可為蛇型流場 (如圖5所示)或直線型流場(如圖6所示)，流場形狀為長方形(也可為正方形)；氣相 區(qū)101的流場結(jié)構(gòu)為直線型流場，也可為蛇型流場(如圖7所示)，流場形狀為長方形(也 可為正方形)。膜電極2上與液相區(qū)103對應的部分為親水型電極203、與氣相區(qū)101對應 的部分為憎水型電極201、與擴散區(qū)102對應的部分為弱憎水型電極202。所述的膜電極2 的陽極擴散層是由碳和聚四氟乙烯組成，對應親水型電極處陽極擴散層按照重量比是由聚 四氟乙烯0-5%和碳95-100%組成；對應憎水型電極陽極擴散層按照重量比是由聚四氟乙 烯25-70%和碳30-75%組成；對應弱憎水型電極陽極擴散層按照重量比是由聚四氟乙烯 5-25 %和碳75-95 %組成。 電池工作方式陽極二甲醚燃料是靜止的，并在端板4上設置燃料罐5，燃料罐5 通過連接管與陽板流場板1的液體區(qū)103相通；陰極側(cè)氧化劑是靜止的(或流動的)，并 且氧化劑是空氣。當電池在高溫運行時，由于二甲醚在水中的溶解度隨著溫度的升高而降低，液相區(qū)103中的二甲醚將有一部分以氣體形式從水溶液中逸出，由于壓力的原因，二甲 醚氣體將通過擴散區(qū)102從液相區(qū)103中擴散到氣相區(qū)101中，此時，二甲醚水溶液在液相 區(qū)103，二甲醚氣體在氣相區(qū)101同時進行著電化學反應，不但提高了二甲醚燃料的利用效 率，而且提高了電池的放電性能。 實施例2 如圖8所示，該直接二甲醚燃料電池的陽極流場板1的流場分為三個部分，分別為 位于陽極流場板1中間的液相區(qū)103、位于陽極流場板1周圍的氣相區(qū)101和位于液相區(qū) 103與氣相區(qū)101相鄰處的擴散區(qū)102，所述的擴散區(qū)102是由鑲嵌在陽極流場板1表面的 聚四氟乙烯板條構(gòu)成。其中液相區(qū)103的流場結(jié)構(gòu)為點狀流場，也可為蛇型流場，流場形狀 為圓形；氣相區(qū)101的流場結(jié)構(gòu)為直線型流場(也可為蛇型流場)，流場形狀為環(huán)形。其它 同實施例1。
權(quán)利要求一種直接二甲醚燃料電池，由采用石墨板的陽極流場板、陰極流場板和膜電極構(gòu)成，其特征是所述的陽極流場板的流場分為三個部分，分別為位于陽極流場板中間的液相區(qū)、位于陽極流場板兩側(cè)的氣相區(qū)和位于液相區(qū)與氣相區(qū)相鄰處的擴散區(qū)，膜電極上與液相區(qū)相對應的部分為親水型電極、與氣相區(qū)相對應的部分為憎水型電極、與擴散區(qū)相對應的部分為弱憎水型電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池，其特征是擴散區(qū)是由鑲嵌在陽極流 場板表面的聚四氟乙烯板條構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池，其特征是液相區(qū)的流場結(jié)構(gòu)為點狀 流場、蛇型流場或直線型流場。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池，其特征是氣相區(qū)的流場結(jié)構(gòu)為直線 型流場或蛇型流場。
專利摘要一種直接二甲醚燃料電池，是由陽極流場板、陰極流場板和膜電極構(gòu)成，其特殊之處是陽極流場板的流場分為三個部分，分別為位于陽極流場板中間的液相區(qū)、位于陽極流場板兩側(cè)的氣相區(qū)和位于液相區(qū)與氣相區(qū)相鄰處的擴散區(qū)，膜電極上與液相區(qū)、氣相區(qū)和擴散區(qū)相對應的部分分別為親水型電極、憎水型電極和弱憎水型電極?？山鉀Q以二甲醚水溶液作為燃料的直接二甲醚燃料電池在高溫運行時，由于二甲醚在水中的溶解度隨著溫度的上升而下降，使得一部分二甲醚以氣體形式從溶液中蒸發(fā)出來，影響了二甲醚在電極內(nèi)部的傳輸，導致電池性能下降的問題。能使二甲醚燃料更加充分、合理的利用，不僅提高了二甲醚燃料的利用效率，而且提高了電池的放電性能。
文檔編號H01M8/02GK201490272SQ20092027239
公開日2010年5月26日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者尹鴿平, 左朋建, 張慶國, 王振波, 蔡克迪, 金振興, 魏穎 申請人:渤海大學