CN103956509A - 陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，包括阴极流场板、置于阴极流场板内侧的阴极集流板、绝缘层、膜电极、绝缘层、置于阳极流场板内侧的阳极集流板、阳极流场板以及阳极储液腔，所述阴极流场板上面设置用于“呼吸”的通孔，阴极流场板表面以及通孔内侧生长一层多孔氧化物陶瓷膜；所述阴极集流板和阳极集流板的表面溅射一层金；所述阳极流场板上设置用于供给燃料的流场，阳极流场板表面及流场壁生长一层多孔氧化物陶瓷膜。本发明所述电池与传统电池相比较降低了电池整体质量，增强了流场板抗腐蚀能力，提高了电池的稳定性。同时，本发明加入不锈钢毡作为电流收集板，与流场板流场形成复合流场，增加了供给甲醇溶液的浓度，提高了电池的性能。

Description

陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池
技术领域
本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，涉及一种自呼吸式醇类燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当从外部源源不断地向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池及质子交换膜燃料电池等。直接醇类燃料电池属于质子交换膜燃料电池中的一类，是直接使用液态醇类为燃料供给来源，而不需通过重组器重组甲醇、汽油及天然气等再制出氢以供发电。微型醇类燃料电池由于醇类燃料来源丰富，价格便宜，而且具有高理论比能量密度，便于携带，整个电池结构简单、方便灵活，因此具有广阔的应用前景。
从目前国内外微型醇类燃料电池发展状况来看，按照反应腔体（极板）材料的加工方法可以分为：硅基微型醇类燃料电池、金属基微型醇类燃料电池和聚合物微型醇类燃料电池。硅基微型醇类燃料电池由于材料本身脆性大，很难对其进行良好的封装，从而难以降低电池内阻；金属基微型醇类燃料电池极板的耐腐蚀能力较差，满足不了微型燃料电池长期稳定运行的需要；聚合物微型醇类燃料电池极板导电特性较差，需要在其表面沉积较薄的金属层（一般为金或铂）。
发明内容
本发明的目的是提供一种自呼吸式醇类燃料电池，它以铝合金作为结构材料来进行储液腔、流场板的制作，并采用微弧氧化技术在其表面生成一层具有优异的耐腐蚀性能的、绝缘的氧化物陶瓷膜；以不锈钢毡作为集流板，并在其表面溅射或者沉积具有导电、防腐蚀功能的涂层。
所述目的是通过如下方案实现的：
一种应用表面改性处理后的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，依次包括阴极流场板、置于阴极流场板内侧的阴极集流板、绝缘层、膜电极、绝缘层、置于阳极流场板内侧的阳极集流板、阳极流场板以及阳极储液腔；所述阴极流场板上面设置用于“呼吸”的通孔，阴极流场板表面以及通孔内侧利用微弧氧化法生长一层多孔氧化物陶瓷膜；所述阴极集流板和阳极集流板的表面溅射一层金；所述阳极流场板上设置用于供给燃料的流场，阳极流场板表面及流场壁利用微弧氧化法生长一层多孔氧化物陶瓷膜。
本发明中，所述阴极流场板、阳极流场板、阳极储液腔采用铝合金加工成型。
本发明中，所述阴极集流板和阳极集流板采用不锈钢毡加工成型。
本发明中，所述流场为平行流场。
本发明具有以下优点：
（1）本发明采用质量密度低的铝合金制作，流场板强度高，电池重量小；
（2）本发明在金属表面生长一层陶瓷薄膜，使其绝缘，可直接作为阴、阳极流场板；
（3）本发明中阴、阳极流场板抗腐蚀能力强，提高电池稳定性；
（4）本发明中阴、阳极采用复合流场，提高了供给甲醇浓度，增强了电池性能。
附图说明
图1是本发明所述覆盖氧化物陶瓷膜前后铝合金流场板的抗腐蚀能力对比测试图；
图2是本发明的直接甲醇燃料电池的结构分解示意图；
图3是本发明的直接甲醇燃料电池与常规传统的直接甲醇燃料电池的电流-电压极化曲线对比测试图；
其中，1-阳极储液腔；2-阳极流场板；3-阳极不锈钢毡集流板； 4-绝缘层；5-膜电极；6-阴极不锈钢毡集流板；7-阴极流场板；8-固定螺丝。
具体实施方式
下面结合附图详细阐述本发明优选的实施方式。
具体实施方式一：采用1mm厚的铝合金LY12进行阴极流场板和阳极流场板的加工，所述阴极流场板上面设置用于“呼吸”的通孔，阳极流场板上设置用于供给燃料的流场，之后表面分别用600#和1000#砂纸磨光，并用丙酮、酒精和去离子水清洗，然后放在由0.5-2g/L的次亚磷酸钠和5-15g/L的铝酸钠所组成的电解液中作阳极，不锈钢容器作阴极，采用正负不对称交流微弧氧化电源对样品进行恒电流放电处理。放电电流密度为5-20A/dm2，放电时间为30-180 min。在微弧氧化过程中，通过冷却装置和搅拌系统将电解液的温度控制在19-40℃之间。
图1显示了用电化学工作站CHI60C测量陶瓷化处理前后铝合金在0.001 M H2SO4+1 M CH3OH+ 2 ppm F-的燃料电池模拟腐蚀环境中的塔菲尔曲线，结果表明陶瓷化处理使得铝合金的腐蚀电流由1.15E-5下降到1.49E-7 A cm-2。
将阴极流场板7、置于阴极流场板内侧的阴极不锈钢毡集流板6、绝缘层4、膜电极5、绝缘层4、置于阳极流场板2内侧的阳极不锈钢毡集流板3、阳极流场板2以及阳极储液腔1参照图2所示的顺序组装在一起，就可作为一个完整的单电池。图3显示了本发明所述电池的性能测试结果，供给浓度为6M的甲醇溶液时，本发明所述电池性能最大功率密度达到了30.42 mW/cm2。
具体实施方式二：本实施例与前述实施例的区别在于，微弧氧化过程中采用的电解液中含有5-15g/L的硅酸钠与0.5-2g/L的次亚磷酸钠。
具体实施方式三：本实施例与前述实施例的区别在于，微弧氧化过程中采用的电解液中含有5-15g/L的氟锆酸钾与0-2g/L的次亚磷酸钠。
本发明所述电池与传统电池相比较降低了电池整体质量，增强了流场板抗腐蚀能力，提高了电池的稳定性。同时，本发明加入不锈钢毡作为电流收集板，与流场板流场形成复合流场，增加了供给甲醇溶液的浓度，提高了电池的性能。
本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，包括阴极流场板、置于阴极流场板内侧的阴极集流板、绝缘层、膜电极、绝缘层、置于阳极流场板内侧的阳极集流板、阳极流场板以及阳极储液腔，其特征在于所述阴极流场板、阳极流场板、阳极储液腔采用铝合金加工成型。
2.根据权利要求1所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述阴极流场板上面设置用于“呼吸”的通孔。
3.根据权利要求2所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述阴极流场板表面以及通孔内侧生长一层多孔氧化物陶瓷膜。
4.根据权利要求1所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述阴极集流板和阳极集流板的表面溅射一层金。
5.根据权利要求1所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述阳极流场板上设置用于供给燃料的流场。
6.根据权利要求5所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述阳极流场板表面及流场壁生长一层多孔氧化物陶瓷膜。
7.根据权利要求1或4所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述阴极集流板和阳极集流板采用不锈钢毡加工成型。
8.根据权利要求2、3、5或6所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述阴极流场板表面以及通孔内侧、阳极流场板表面及流场壁利用微弧氧化法生长一层多孔氧化物陶瓷膜。
9.根据权利要求1、5或6所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述流场为平行流场。
10.根据权利要求8所述的陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述微弧氧化法中，采用正负不对称交流微弧氧化电源对样品进行恒电流放电处理，控制放电电流密度为5-20A/dm2，放电时间为30-180 min，电解液的温度控制在19-40℃之间。
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