一種實(shí)現(xiàn)直接甲醇燃料電池純甲醇供料的燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種實(shí)現(xiàn)直接甲醇燃料電池純甲醇供料的燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽被動(dòng)式直接甲醇燃料電池(V-DMFC)因?yàn)槠涓叩哪芰棵芏取⒏醯募状即┩脯F(xiàn)象、延長(zhǎng)的工作時(shí)間，具有更廣泛的開(kāi)發(fā)和研究?jī)r(jià)值，但是V-DMFC的蒸汽供給方式以及合理的管理方法成為抑制V-DMFC整體性能提高的關(guān)鍵因素，特別是對(duì)于實(shí)現(xiàn)V-DMFC的純甲醇供料，這一點(diǎn)顯得尤為重要。
[0003]目前為V-DMFC提供甲醇蒸汽的方法主要是依靠加熱液態(tài)甲醇燃料，產(chǎn)生高溫高壓的甲醇蒸汽，但是高溫甲醇蒸汽參與反應(yīng)時(shí)導(dǎo)致質(zhì)子交換膜的通透性增強(qiáng)，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的甲醇穿透現(xiàn)象和燃料浪費(fèi)；而常溫狀態(tài)下依靠滲透氣化技術(shù)獲得的甲醇蒸汽往往濃度太低，會(huì)造成較為嚴(yán)重的濃差極化，阻礙了電池性能的提高，而且滲透汽化技術(shù)得到的氣態(tài)燃料存在甲醇含量明顯大于水含量的問(wèn)題，使得反應(yīng)物濃度比例失衡，難以維持電池高效工作。而對(duì)于純甲醇燃料供給，滲透汽化得到高濃度的甲醇蒸汽，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的甲醇穿透現(xiàn)象，而且得到的甲醇蒸汽會(huì)存在飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致甲醇蒸汽分壓偏低，形成嚴(yán)重的濃差極化現(xiàn)象。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為提高蒸汽供給被動(dòng)式直接甲醇燃料電池的能量密度，實(shí)現(xiàn)電池的純甲醇供料，延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間，本實(shí)用新型采用滲透汽化膜作為電池的甲醇蒸汽供給工作原件，實(shí)現(xiàn)常溫狀態(tài)下的蒸汽供給；通過(guò)陽(yáng)極集電板和親水模塊的組合，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極蒸汽燃料的管理，在親水模塊的毛細(xì)吸水作用下，將甲醇蒸汽吸附于該模塊的毛細(xì)微孔內(nèi)部，保證滲透汽化豐旲塊的持續(xù)工作，同時(shí)提尚參與反應(yīng)的甲醇量，而且，未水t旲塊的多孔組織可以有效提尚其阻醇性能，抑制甲醇穿透；通過(guò)陰極集電板和疏水模塊的組合，實(shí)現(xiàn)陰極產(chǎn)物的水的反補(bǔ)到陽(yáng)極參與陽(yáng)極電極反應(yīng)，該模塊成為純甲醇供料實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。
[0005]本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種實(shí)現(xiàn)直接甲醇燃料電池純甲醇供料的燃料電池，包括具有開(kāi)口內(nèi)腔的電池殼體，固定在所述電池殼體上將所述內(nèi)腔分割為甲醇燃料腔和蒸汽腔的滲透汽化膜，所述蒸汽腔的上方由下至上依次層疊設(shè)置有陽(yáng)極流場(chǎng)板、膜電極、陰極流場(chǎng)板，所述膜電極的陰極側(cè)與固定在電池殼體上的陰極集電板電路連接，所述膜電極的陽(yáng)極側(cè)與固定在電池殼體上的陽(yáng)極集電板電路連接，所述電池殼體的開(kāi)口端絕緣地設(shè)置有壓覆在陰極集電板上的空心蓋板，所述陽(yáng)極流場(chǎng)板與膜電極的陽(yáng)極側(cè)之間設(shè)置有具有親水性質(zhì)的親水多孔板，所述親水多孔板的親水面與膜電極的陽(yáng)極側(cè)的擴(kuò)散層相接處；所述膜電極的陰極側(cè)與陰極流場(chǎng)板之間設(shè)置有具有疏水性質(zhì)的疏水多孔板，所述疏水多孔板的疏水面與膜電極的陰極側(cè)的擴(kuò)散層相接觸。
[0007]進(jìn)一步地，所述親水多孔板為由金屬粉末燒結(jié)而成的多孔金屬板，其孔隙率為60%-90% 厚度為 l~3mm。
[0008]進(jìn)一步地，所述的金屬粉末為銅粉或不銹鋼粉。
[0009]進(jìn)一步地，所述金屬粉末粒徑為75~125 μ m。
[0010]進(jìn)一步地，所述疏水多孔板為由金屬纖維燒結(jié)而成的多孔金屬板經(jīng)表面疏水處理而成，其孔隙率為70%~80%，厚度為l~3mmo
[0011]進(jìn)一步地，所述的金屬纖維為銅纖維或不銹鋼纖維。
[0012]進(jìn)一步地，所述金屬纖維的直徑為100~300um。
[0013]進(jìn)一步地，所述蒸汽腔內(nèi)至少設(shè)置有一塊將蒸汽腔分層的親水多孔板，形成多層氣體緩沖結(jié)構(gòu)，電池的二氧化碳排放孔位于多層氣體緩沖結(jié)構(gòu)的中部，其目的是:在親水模塊的毛細(xì)多孔組織作用下，以保證滲透汽化模塊的持續(xù)工作為前提，有效提高其阻醇性能，實(shí)現(xiàn)更加合理的甲醇供料方式。
[0014]進(jìn)一步地，所述蒸汽腔內(nèi)由上向下的第一塊親水多孔板與陽(yáng)極流場(chǎng)板之間設(shè)置有防止陽(yáng)極水分流失的疏水多孔板，其目的是為陽(yáng)極側(cè)的反應(yīng)提供必要的水，保證電極反應(yīng)的順暢進(jìn)行。
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016](1)本實(shí)用新型采用了滲透汽化膜與位于陽(yáng)極側(cè)的親水多孔板共同作用為陽(yáng)極提供甲醇燃料，既避免了甲醇汽化的飽和問(wèn)題，同時(shí)也起到了阻礙甲醇穿透的作用。
[0017](2)本實(shí)用新型采用位于陰極側(cè)的疏水多孔板對(duì)水進(jìn)行管理，并通過(guò)與陽(yáng)極側(cè)的親水多孔板的共同作用，對(duì)水形成陰極一陽(yáng)極的抽力，迫使水從陰極到陽(yáng)極反補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，這不但為電池的純甲醇供料提供了前提，水的反補(bǔ)也阻礙了陽(yáng)極甲醇的穿透，提高了電池的性能和燃料利用率。
[0018](3)本實(shí)用新型通過(guò)滲透汽化膜與陽(yáng)極側(cè)的親水多孔板、陰極側(cè)的疏水多孔板的共同作用，形成完整的純甲醇供料體系，使得電池在保證性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池的純甲醇供料，從而大大提高了電池的能量密度，延長(zhǎng)了電池的工作時(shí)間。
[0019](4)本實(shí)用新型采用現(xiàn)有燒結(jié)工藝制備親水多孔板和疏水多孔板，工藝簡(jiǎn)單易于掌握，而且成本低，易于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的燃料電池裝配示意圖；
[0021 ] 圖2是實(shí)例1中電池測(cè)試性能曲線圖。
[0022]圖中所示為:1_蓋板；2-陰極集電板；3_疏水多孔板；4_親水多孔板；5-陽(yáng)極集電板；6_蒸汽腔；7_滲透汽化膜；8_甲醇燃料腔；9_電池殼體；10_陽(yáng)極流場(chǎng)板；11_膜電極；12-陰極流場(chǎng)板。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明，但是需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。
[0024]如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)直接甲醇燃料電池純甲醇供料的燃料電池，包括具有開(kāi)口內(nèi)腔的電池殼體9，固定在所述電池殼體9上將所述內(nèi)腔分割為甲醇燃料腔8和蒸汽腔6的滲透汽化膜7，本實(shí)施例的滲透汽化膜7采用杜邦公司的N117質(zhì)子交換膜，其有效工作面積與蒸汽腔6開(kāi)口面積同為28mmx28mm，
[0025]所述蒸汽腔6的上方由下至上依次層疊設(shè)置有陽(yáng)極流場(chǎng)板10、膜電極11、陰極流場(chǎng)板12，所述膜電極11的陰極側(cè)與固定在電池殼體9上的陰極集電板2電路連接，所述膜電極11的陽(yáng)極側(cè)與固定在電池殼體9上的陽(yáng)極集電板5電路連接，所述電池殼體9的開(kāi)口端絕緣地設(shè)置有壓覆在陰極集電板2上的空心蓋板1，所述陽(yáng)極流場(chǎng)板10與膜電極11的陽(yáng)極側(cè)之間設(shè)置有具有親水性質(zhì)的親水多孔板4，所述親水多孔板4的親水面與膜電極11的陽(yáng)極側(cè)的擴(kuò)散層相接處；所述膜電極11的陰極側(cè)與陰極流場(chǎng)板12之間設(shè)置有具有疏水性質(zhì)的疏水多孔板3，所述疏水多孔板3的疏水面與膜電極11的陰極側(cè)的擴(kuò)散層相接觸，膜電極11的反應(yīng)區(qū)域面積為3cmx3cm0
[0026]具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例中所述親水多孔板4由粒徑為75~125 μ m的銅粉燒結(jié)而成，尺寸參數(shù)為32mmx32mm，其孔隙率為60