一種用于微流體燃料電池組的流體分配器的制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池組的零部件裝置，更具體的講，涉及一種依靠微型蛇形彎管來同時達(dá)到均勻分配流體和降低旁路漏電電流損失兩種作用，用于微流體燃料電池組的流體分配器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，燃料電池由于具有效率高、無污染、重量輕等優(yōu)點，可作為便攜式電子產(chǎn)品的小型電池，也可應(yīng)用于小型集中供電或分散式供電系統(tǒng)，被稱為21世紀(jì)的綠色環(huán)保能源。微流體燃料電池是一種新型的燃料電池，該種電池基于微流動特性，燃料與氧化劑流體在層流流動的控制下自然分層，免去了使用離子交換膜的需要。這種設(shè)計既克服了電極偏差，膜干涸等由膜結(jié)構(gòu)引致的各種問題，同時又可以摒棄常用貴金屬催化劑轉(zhuǎn)而采用便宜的非貴金屬催化劑，降低了加工工藝要求和成本，是目前解決催化劑非貴金屬化和燃料電池?zé)o膜化的最佳途徑，
[0003]單個微流體燃料電池的輸出電壓和功率由于受到電化學(xué)反應(yīng)極限的限制，通常不能滿足實際應(yīng)用的需要，所以在實際使用過程中通常會將單個微流體燃料電池通過串并聯(lián)的方式來構(gòu)成燃料電池組。對于傳統(tǒng)的燃料電池組，由于燃料和氧化劑的流量較大，不容易引起電池之間流體分布的不均勻，故通常只考慮在極板上設(shè)置分配器使流體均勻分布在反應(yīng)極板上。而對于微流體燃料電池，每個單電池內(nèi)部的阻力由于制造誤差和流道長度的差別會有所不同，并且電池內(nèi)部流體流動處于微流動狀態(tài)，流量通常為微升每分鐘甚至納升每分鐘的級別，所以在沒有流體分配器的情況下，微小的流阻差別就會引起每個電池所通過的燃料和氧化劑流量的顯著差別，因此連接各個電池的流體分配器就成了影響燃料電池組性能的關(guān)鍵部件之一，流體分配的不均勻?qū)?dǎo)致每個單體電池輸出性能的不同，由此導(dǎo)致整個微流體燃料電池組的性能產(chǎn)生波動，從而無法滿足實際運行的要求，更有可能產(chǎn)生流動死區(qū)使整個微流體燃料電池組根本無法工作。將傳統(tǒng)的直管型流體分配器應(yīng)用于微流體燃料電池組時，由于不能平衡內(nèi)部流阻的不均勻，將造成流體分配的極大差別和波動，甚至造成個別電池不工作和流體逆流現(xiàn)象的發(fā)生。另外，由于反應(yīng)物流體在電極之間提供了液相旁支電路，而電極之間又存在金屬導(dǎo)電回路，在電池組工作中產(chǎn)生的電勢差將使電極之間的回路產(chǎn)生旁路漏電電流，造成無法避免的電能內(nèi)部損耗，因此流體分配器的另一個設(shè)計要點是盡量減小旁路漏電電流，降低由此帶來的能量損失。如何設(shè)計和布置微流體分配器，使反應(yīng)物流體均勻輸送到電池組內(nèi)每個單電池的反應(yīng)區(qū)，已經(jīng)成為微流體燃料電池組結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵工作之一。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的第一個目的在于提供一種用于微流體燃料電池組的流體分配器，用以解決微流體燃料電池組內(nèi)部單電池之間流體分配不均的問題，克服微流體燃料電池組性能輸出不穩(wěn)定的缺點并同時減小旁路漏電電流的大小，提升整個微流體燃料電池組的效率。本發(fā)明的第二個目的是提供一種微流體燃料電池組分配器的制備方法。
[0005]根據(jù)微流體回路和電子電路的相似性，利用電路分析原理，得到流量不均勻的原因是由于各個單電池內(nèi)部的流動阻力相差過大而引起，通過在每個單電池內(nèi)增加一個基本相同且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過內(nèi)部阻力的大流阻裝置后，即可基本忽略內(nèi)部流動阻力的差別，利用此大流阻裝置來平衡所接入單電池之間阻力的不均勻；另外，從理論分析可知，在固定的電勢差下，電阻較大時流過的電流較小，因此可以使單電池之間的液相電阻變大從而使旁路漏電電流減小，使電池的運行效率提升。所以一個既具有較大流動阻力又具較大的液相電阻的裝置即為流體分配器的設(shè)計目標(biāo)。該流體分配器實際設(shè)計中采用微型蛇形彎曲流道以產(chǎn)生較大的流動阻力和液相電阻，同時為了盡量充分利用材料面積，因此布置形式為圓形分布，而在實際使用過程中可取圓形的一半或者一部分，同樣也可以達(dá)到相同的使用效果。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]—種用于微流體燃料電池組的流體分配器，其特征是:流體分配器下層基底上通過二氧化碳激光雕刻機制作有入口流體緩沖區(qū)，并與蛇形分配流道的入口相通，蛇形分配流道的出口與出口流體緩沖區(qū)相通；流體分配器上層蓋板上設(shè)有流體統(tǒng)一入口和多個流體出口 ；流體分配器由上層蓋板和下層基底通過熱壓封裝而成。
[0008]在封裝時上層蓋板的流體統(tǒng)一入口與下層基底上的入口流體緩沖區(qū)同心，并且流體出口與出口流體緩沖區(qū)相通。
[0009]蛇形分配流道的尺寸根據(jù)所接的單電池之間內(nèi)部阻力的差而定，流道橫截面積越小，長度越長，可平衡的阻力差越大。
[0010]蛇形分配流道的數(shù)量可根據(jù)實際需要進(jìn)行增減或取用一部分而不會影響分配器的性能。
[0011]在流體分配器出口外接相同類型的流體分配器，可接入的燃料電池數(shù)就會呈指數(shù)形式增長。
[0012]流體分配器可與燃料電池組分別制造后進(jìn)行裝配，也可設(shè)計在燃料電池組內(nèi)部與電池組一起封裝。
[0013]流體分配器的流道橫截面積較小，長度較長，使每個流道的液相電阻較大，減小了由于流體分配流道造成的旁路漏電電流。
[0014]一種用于微流體燃料電池組的流體分配器的制備方法，其具體步驟為:
[0015](I)在聚甲基丙烯酸甲酯PMMA表面利用二氧化碳激光打印機打印出微型蛇形彎曲流道；
[0016](2)在另一塊相同尺寸的PMMA上利用二氧化碳激光打印機打孔形成流體進(jìn)出孔；
[0017](3)將上述兩塊PMMA放入超聲清洗器清洗以除去表面的雜質(zhì)；
[0018](4)將清洗過后的兩塊PMMA對齊后放入熱壓機，調(diào)整熱壓的溫度和時間，使兩塊PMMA的接觸面在高溫下鍵合，完成流體分配器的制備。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:
[0020]本發(fā)明的流體分配器相比與傳統(tǒng)的直管型流體分配器，具有優(yōu)異的流體分配效果，與常用的金字塔形流體分配器相比具有相似的流體分配效果，同時由于不需要層疊式的分配結(jié)構(gòu)，大大簡化了設(shè)計的難度并且提高了材料的有效使用面積。另外由于流體分配器的流道橫截面積較小，長度較長，使每個流道的液相電阻極大，減小了由于流體分配流道造成的旁路漏電的電流，提升整個微流體燃料電池組的運行效率。本流體分配器可以根據(jù)實際使用需要，在制造的時候方便的增加或者減少可連接的單電池數(shù)，在流體分配器出口外接相同類型的流體分配器，可接入的燃料電池數(shù)即呈指數(shù)形式增長，從而可涵蓋小至手機電池，大到汽車電源等的應(yīng)用需求。另外由于制造便捷，
[0021]可應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)，不僅生產(chǎn)周期短且成本低廉，使整個微流體燃料電池組裝置的制造、封裝和操作過程大大簡化，高度的可集成化設(shè)計令微流體燃料電池組的商業(yè)化成為了可能。
【【附圖說明】】
[0022]圖1是本流體分配器整體示意圖；
[0023]圖2是本流體分配器底層流道結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本流體分配器上層蓋板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是四流道微流體分配器分別使用蛇形管流道和直管流道時各個流道出口所得到的流體流量對比