CN100590923C - 圆形直接甲醇燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆形直接甲醇燃料电池，包括外壳，外壳内设置膜电极，膜电极内为电池液室，外壳与膜电极之间为空气室，膜电极两端设置绝缘密封圈，在电池组的阴极端、阳极端分别设置阴极输出件、阳极输出件，阳极输出件外侧设置导水阻气膜，导水阻气膜外侧设置集水器，在阴极输出件上设置与电池液室相通的单向阀和排污螺钉装置。本发明结构合理，工作性能好。

Description

圆形直接甲醇燃料电池
技术领域：
本发明涉及一种直接甲醇燃料电池组。
背景技术：
直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)直接使用液体甲醇作燃料，除配备极其简单的甲醇存储器外，无需增设其它装置，甲醇燃料易于携带和更换，使用十分方便，因此，近10年来，对DMFC技术的开发和应用发展迅速，国内外许多高校、研究院所以及各大公司均对DMFC研究开发花费了巨大的人力与物力。研究的重点就是降低DMFC的成本，提高DMFC的性能，适合商业化使用。
圆形结构的DMFC，在用作便携式电动装置动力电池和家用电源时，具有独特的优点。在圆形DMFC研究上，国外有研究报道，但均为单电池，并且采用了价格昂贵的阴极、阳极材料，并且高低温性能都较低，如在200ml/min空气流量和60℃条件下，功率密度仅为17mW/cm2。
文献表明，山东理工大学制备了一种新型的管状空气自呼吸式直接甲醇燃料电池，采用弯曲热压法制备出管状膜电极。这种电池缺点很多，最主要的是电池的功率密度仅为10mW/cm2，也未有做成电池组的报道，同时也仅仅局限于做成微型电池。
因此，通过对圆形DMFC电池组总体结构以及各部件结构的改进，提高电池的性能，降低电池的制造成本，可以促进DMFC商业化应用。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种结构合理，工作性能好的圆形直接甲醇燃料电池。
本发明的技术解决方案是：
一种圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：包括外壳，外壳内设置膜电极，膜电极内为电池液室，外壳与膜电极之间为空气室，膜电极两端设置绝缘密封圈，在电池组的阴极端、阳极端分别设置阴极输出件、阳极输出件，阳极输出件外侧设置导水阻气膜，导水阻气膜外侧设置集水器，在阴极输出件上设置与电池液室相通的单向阀和排污螺钉装置。
在阴极输出件与外壳端部之间设置支撑圈。
膜电极由阴极、Nafion膜层、阳极复合组成，与电池液接触的是阳极，与空气接触的是阴极；膜电极中阴极由阴极钛网层、扩散层、阴极催化剂层复合组成，阳极由阳极催化剂层和阳极钛网层复合组成。
外壳表面呈便于空气流通的多孔形式。
阴极输出件采用不锈钢、铜或钛材料，阳极输出件采用不锈钢、铜或钛材料，绝缘密封圈采用聚四氟乙烯材料，集水器采用聚四氟乙烯材料，导水阻气膜采用石棉或玻璃棉材料。
集水器四周设有与外壳上嵌合孔嵌合的凸台。
膜电极中的阴极接头处采用钛丝缝制连接，阳极接头处采用钛丝缝制连接，Nafion膜接头处通过Nafion溶液粘结。
膜电极中的阴极接头处、阳极接头处、Nafion膜接头处位于同一位置，一起采用聚四氟乙烯焊接连接。
电池液为甲醇类或乙醇类电池液。电池的大小尺寸与7号、5号、2号或1号干电池尺寸相同。
本发明结构合理，(1)空气可以自吸式，燃料可以直接储存在膜电极内部；(2)膜电极可以采用涂覆和热压法制备，阻抗小；(3)功率密度高，最高可以达到70mW/cm2以上，实现高性能；(4)不用带流场双极板，制造成本低；(5)制造难度降低；(6)设计有即插式集水器，水管理方便；(7)排污螺钉可方便地用于清理燃料室的废料；(8)散热面积大，散热速度快，温度调节方便；(9)拆卸方便，有利于维修和更换组件；(10)可以用甲醇作为燃料，也可以用乙醇作为燃料。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个实施例的结构示图。
图2是一种膜电极的结构断面图。
图3是另一种电极的结构断面图。
具体实施方式：
一种圆形直接甲醇燃料电池，大小尺寸与7号、5号、2号或1号干电池尺寸相同，包括外壳1，外壳内设置膜电极2，膜电极内为电池液室3，外壳与膜电极之间为空气室4，膜电极两端设置绝缘密封圈5、6，在电池组的阴极端、阳极端分别设置阴极输出件7、阳极输出件8，阳极输出件外侧设置导水阻气膜9，导水阻气膜外侧设置集水器10，在阴极输出件上设置与电池液室相通的单向阀(包括阀体11、阀底23、阀芯24、弹簧25)，在阴极输出件上设置与电池液室相通的排污螺钉装置12。在阴极输出件与外壳端部之间设置支撑圈13。膜电极由阴极14、Nafion膜层15、阳极16复合组成，与电池液接触的是阳极，与空气接触的是阴极；膜电极中阴极由阴极钛网层、扩散层、阴极催化剂层复合组成，阳极由阳极催化剂层和阳极钛网层复合组成。外壳表面呈便于空气流通的多孔17形式。阴极输出件采用不锈钢、铜或钛材料，阳极输出件采用不锈钢、铜或钛材料，绝缘密封圈采用聚四氟乙烯材料，集水器采用聚四氟乙烯材料，导水阻气膜采用石棉或玻璃棉材料。集水器四周设有与外壳上嵌合孔嵌合的凸台18。
图2中，膜电极中的阴极接头处19采用钛丝缝制连接，阳极接头处20采用钛丝缝制连接，Nafion膜接头处21通过Nafion溶液粘结。
图3表示了另一种膜电极结构，其中，膜电极中的阴极接头处、阳极接头处、Nafion膜接头处位于同一位置，一起采用聚四氟乙烯22焊接连接。
膜电极卷管可以通过以下两种途径实现：(1)在平板钛网上直接涂覆扩散层(阴极)、催化剂，然后热压制备圆管状MEA；(2)先将钛网卷成管状，再涂覆扩散层(阴极)、催化剂，然后热压制备圆管状膜电极。

Claims (8)

1、一种圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：包括外壳，外壳内设置膜电极，膜电极内为电池液室，外壳与膜电极之间为空气室，膜电极两端设置绝缘密封圈，在燃料电池的阴极端、阳极端分别设置阴极输出件、阳极输出件，阳极输出件外侧设置导水阻气膜，导水阻气膜外侧设置集水器，在阴极输出件上设置与电池液室相通的单向阀和排污螺钉装置。
2、根据权利要求1所述的圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：在阴极输出件与外壳端部之间设置支撑圈。
3、根据权利要求1所述的圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：膜电极由阴极、Nafion膜层、阳极复合组成，与电池液接触的是阳极，与空气接触的是阴极；膜电极中阴极由阴极钛网层、扩散层、阴极催化剂层复合组成，阳极由阳极催化剂层和阳极钛网层复合组成。
4、根据权利要求1所述的圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：外壳表面呈便于空气流通的多孔形式。
5、根据权利要求1所述的圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：阴极输出件采用不锈钢、铜或钛材料，阳极输出件采用不锈钢、铜或钛材料，绝缘密封圈采用聚四氟乙烯材料，集水器采用聚四氟乙烯材料，导水阻气膜采用石棉或玻璃棉材料。
6、根据权利要求1或2所述的圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：集水器四周设有与外壳上嵌合孔嵌合的凸台。
7、、根据权利要求1或2所述的圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：电池液为甲醇类或乙醇类电池液。
8、根据权利要求1或2所述的圆形直接甲醇燃料电池，其特征是：电池的大小尺寸与7号、5号、2号或1号干电池尺寸相同。
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