CN105428673A - 一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统 - Google Patents

一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105428673A
CN105428673A CN201510844043.2A CN201510844043A CN105428673A CN 105428673 A CN105428673 A CN 105428673A CN 201510844043 A CN201510844043 A CN 201510844043A CN 105428673 A CN105428673 A CN 105428673A
Authority
CN
China
Prior art keywords
methanol
fuel cell
methanol fuel
feed system
fuel feed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510844043.2A
Other languages
English (en)
Inventor
蒋晶晶
张凤茹
邹志青
周毅
张海峰
黄庆红
杨辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Original Assignee
Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Advanced Research Institute of CAS filed Critical Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority to CN201510844043.2A priority Critical patent/CN105428673A/zh
Publication of CN105428673A publication Critical patent/CN105428673A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Abstract

本发明提供一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，所述燃料供给系统包括甲醇燃料盒、填充进所述甲醇燃料盒中的固体甲醇以及固定于所述甲醇燃料盒上的用于隔离所述固体甲醇与单电池或电堆板的隔离片。本发明利用丙烯酸树脂粉末作为高聚物制备了凝胶状高浓度固体甲醇，可直接或采用涂覆于柔性载体的方式填充于甲醇燃料盒中，利用其释放的甲醇蒸汽直接作为甲醇燃料电池的阳极燃料供应源。采用固体甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池系统不存在方向敏感性问题，而且免去了传统电堆中复杂的甲醇分配以及液-气转化系统，具有很强的实际应用意义。

Description

一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统
技术领域
本发明涉及电池制备领域，涉及一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统。
背景技术
直接甲醇燃料电池(directmethanolfuelcell,DMFC)是最有希望应用于便携式电子产品的移动电源之一。受甲醇渗透问题的限制，DMFC一般采用低浓度甲醇(通常不超过5M)溶液进料，这意味着系统须携带大量的水，使电池的能量密度受到极大限制。高浓度/纯甲醇直接进料DMFC的成功开发使DMFC的结构更加紧凑，大大提高了系统能量密度，加快了被动式DMFC的商业化进程。
由于DMFC的单电池工作电压较低(0.3～0.5V)，在实用过程中须将多个电池串联起来，形成电堆；要维持堆中各个电池间物料供给浓度、放电电压、电流和温度等参数的均一性，使得电堆本身还需一个数倍于其体积/质量的阳极燃料供给系统支持，使其在便携式应用方面出现了诸多困难。最简单的阳极燃料供给办法就是将高浓度/纯甲醇溶液储罐直接置于膜电极集合体(MEA)阳极侧，待甲醇消耗完后更换甲醇溶液。H.Yang等将渗透汽化膜(PV膜)置于DMFC测试池的阳极燃料腔和MEA之间，使高浓度/纯甲醇通过渗透汽化膜先转化为甲醇蒸汽再与MEA接触并反应放电(参见“Guoetal.:DevelopmentofaSelf-AdaptiveDirectMethanolFuelCellFedwith20MMethanol,FUELCELLS,2013(13),1018-1023.”)；然而该系统存在严重的方向敏感性问题：即将电堆置于不同方向时，因甲醇流动使各单电池的燃料供给环境不同而导致的放电均一性不佳问题；此外，由于当系统关机时阳极燃料不能及时抽出，甲醇对单电池的持续渗透会导致MEA寿命的降低和阳极燃料的浪费。Ren等人增设了纯甲醇储罐，通过燃料输送速度控制装置将纯甲醇连续输送到PV膜表面并被其吸收，表面蒸发的甲醇蒸汽到达MEA阳极侧参与反应(参见“RenX.M.,BecerraJ.J.,HirschR.S.,GottesfeldS.,KovacsF.W.,ShufonK.J.,ControlleddirectliquidinjectionvaporfeedforaDMFC,USpatent,20050170224A1”)；与此类似，东芝公司于2003年10月成功开发了面向手机和PDA等产品的高度集成化小型燃料电池(参见“http://www.toshiba.co.jp/about/press/”)，该电池结构中也设有纯甲醇储罐，通过一套燃料分配系统将纯甲醇间歇输送到聚四氟乙烯膜表面，将其转化为甲醇蒸汽后到达MEA表面参与反应。这类通过储罐——分配系统——液-气转化膜——甲醇蒸汽反应的阳极甲醇控制系统虽然能够实现甲醇的均匀分配和按需供给，但由于其甲醇分配和电路控制系统极为精细复杂，占用了电池很大部分的成本和体积，使系统的体积/质量能量效率难以提高，亦限制了其商业化进程。在2007年的燃料电池学术研讨会上，日本栗田工业介绍了一种采用包接化合物的固体甲醇，只要在用于实验的电池阳极加入固体甲醇粒子，1～2秒后即可放电(参见“狩集浩志,千江水,面向便携设备应用的小型燃料电池,《日经电子》,2007.6”)。该固体甲醇粒子制造成本高，且包接化合物所占质量比较大，燃料的能量密度较低。然而，固体甲醇利用其自身挥发的甲醇蒸气作为阳极燃料，而且由于其形状和分布状态可固定，克服了液体甲醇燃料易流动、难分配、易渗漏的弊病，是一种值得深入探讨的新的甲醇供给思路。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，用于解决现有技术中的直接甲醇燃料电池燃料供给系统中液体甲醇易流动、难分配、易渗漏的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，所述燃料供给系统包括甲醇燃料盒、填充进所述甲醇燃料盒中的固体甲醇以及固定于所述甲醇燃料盒上的用于隔离所述固体甲醇与单电池或电堆板的隔离片。
可选地，所述燃料供给系统还包括放置于所述隔离片上的用于构建甲醇蒸汽室的隔离垫框。
可选地，所述隔离垫框的厚度小于4mm。
可选地，所述甲醇燃料盒采用耐甲醇材料。
可选地，所述耐甲醇材料包括聚乙烯或聚甲醛。
可选地，所述甲醇燃料盒中还设有一载体，所述固体甲醇涂覆于所述载体表面。
可选地，所述载体为柔性载体。
可选地，所述柔性载体包括碳布或无纺布。
可选地，所述隔离片采用多孔透气材料。
可选地，所述多孔透气材料包括渗透汽化膜、聚乙烯膜或无纺布。
可选地，所述被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统还包括可拆卸安装部，所述被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统通过所述可拆卸安装部可拆卸安装于单电池或电堆板。
可选地，所述可拆卸安装部包括设于所述甲醇燃料盒上的卡固件。
可选地，所述可拆卸安装部包括设于所述甲醇燃料盒上的安装孔及与所述安装孔相配合的紧固件。
可选地，所述固体甲醇的制备方法包括如下步骤：
S1：将丙烯酸树脂粉末加入甲醇的水溶液中，并搅拌所述溶液直至所述丙烯酸树脂粉末溶解；
S2：在所述溶液中加入三乙醇胺，并搅拌直至所述溶液逐渐变稠成为无色透明凝胶状，得到固体甲醇。
可选地，于所述步骤S1中，所述甲醇的水溶液中，甲醇与水的质量比为4～1.5:1，所述丙烯酸树脂粉末在溶液中的质量分数为0.5％～1％。
可选地，于所述步骤S2中，加入的所述三乙醇胺与步骤S1中加入的丙烯酸树脂粉末的质量比为0.9～1.1：1。
如上所述，本发明的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，具有以下有益效果：本发明利用丙烯酸树脂粉末作为高聚物制备了凝胶状高浓度固体甲醇，可直接或采用涂覆于柔性载体的方式填充于甲醇燃料盒中，利用其释放的甲醇蒸汽直接作为甲醇燃料电池的阳极燃料供应源。采用固体甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池系统不存在方向敏感性问题，而且免去了传统电堆中复杂的甲醇分配以及液-气转化系统，具有很强的实际应用意义。
附图说明
图1(a)显示为本发明非载体型的直接甲醇燃料电池燃料供给系统的剖面结构示意图。
图1(b)显示为本发明载体型的直接甲醇燃料电池燃料供给系统的剖面结构示意图。
图1(c)显示为单电池通过卡固件可拆卸安装于本发明的直接甲醇燃料电池燃料供给系统上的示意图。
图1(d)显示为单电池通过紧固件可拆卸安装于本发明的直接甲醇燃料电池燃料供给系统上的示意图。
图2(a)及图2(b)显示为采用固态和液态两种甲醇燃料供给系统的电池性能对比。
图3显示为采用载体型和非载体型两种固体甲醇燃料供给系统的电池性能对比。
图4(a)及图4(b)显示为是采用不同的固体甲醇燃料供给系统的电池的方向敏感性测试情况。
图5显示为采用不同隔离片材料的非载体型固体甲醇燃料供给系统的电池性能对比。
图6显示为采用四种不同厚度隔离垫板的非载体型固体甲醇燃料供给系统的电池性能对比。
元件标号说明
1甲醇燃料盒
2固体甲醇
3隔离片
4隔离垫框
5载体
6单电池
7卡固件
8紧固件
9安装孔
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参阅图1(a)至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种直接甲醇燃料电池燃料供给系统，请参阅图1，显示为所述燃料供给系统的剖面结构图，包括甲醇燃料盒1、填充进所述甲醇燃料盒1中的所述固体甲醇2以及固定于所述甲醇燃料盒1上的用于隔离所述固体甲醇2与单电池的隔离片3。
作为示例，所述甲醇燃料盒1包括底板及环绕所述底板边缘的侧墙，所述底板与所述侧墙围成上部开口的容纳空间，用于容纳所述固体甲醇2。
具体的，所述甲醇燃料盒1采用耐甲醇材料，包括但不限于聚乙烯(polyethylene，简称PE)、聚甲醛(Polyoxymethylene，简称POM)等材料。本实施例中，所述甲醇燃料盒1的形状应与成品单电池或平面电堆板的形状配套，以方便所述甲醇燃料盒1的嵌入和取出。例如，当采用单电池时，所述甲醇燃料盒1的开口可被单电池覆盖；当采用电堆板时，相应的所述甲醇燃料盒1的开口可被电堆板覆盖。同时，根据成品单电池或平面电堆板的形状不同，所述甲醇燃料盒1的形状也相应不同，此为本领域技术人员所易于实施，例如可通过一次成型法得到相应形状的甲醇燃料盒，此处不应过分限制本发明的保护范围。
具体的，所述隔离片3采用多孔透气材料，包括但不限于渗透汽化膜(PV膜)、PE膜、无纺布等材料，其能透过所述固体甲醇蒸发得到的甲醇蒸汽，使甲醇达到单电池阳极。作为示例，所述隔离片3覆盖所述固体甲醇2，且所述隔离片3的边缘通过粘贴方式固定于所述甲醇燃料盒1边缘。
进一步的，所述燃料供给系统还可包括放置于所述隔离片3上的用于构建甲醇蒸汽室的隔离垫框4。所述隔离垫框4四周封闭且上下开口。作为示例，所述隔离垫框的厚度小于4mm。所述垫框4可通过紧固件或卡固件固定于所述甲醇燃料盒1上，也可通过粘贴方式固定于所述甲醇燃料盒1上。
具体的，本发明的直接甲醇燃料电池燃料供给系统分为载体型与非载体型。如图1(a)所示，为非载体型直接甲醇燃料电池燃料供给系统的剖面结构示意图，所述固体甲醇2直接填充于所述甲醇燃料盒1中。
如图1(b)所示，为载体型直接甲醇燃料电池燃料供给系统的剖面结构示意图，其中，所述甲醇燃料盒1中还设有一载体5，所述固体甲醇2涂覆于所述载体1表面。作为示例，所述载体5为柔性载体，包括但不限于碳布、无纺布等轻质多孔透气材料。柔性载体可呈弯曲状态放置于所述甲醇燃料盒1中，增大所述固体甲醇2的涂覆面积。
具体的，本发明的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统还包括可拆卸安装部，所述被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统通过所述可拆卸安装部可拆卸安装于单电池或电堆板，做到系统工作时无明显甲醇蒸汽泄漏，不工作时可随时取下密封，以供下次使用。
作为一种示例，如图1(c)所示，显示为本发明直接甲醇燃料电池燃料供给系统与单电池之间通过设于所述燃料盒上的卡固件7连接的示意图。
作为另一种示例，如图1(d)所示，显示为本发明直接甲醇燃料电池燃料供给系统与单电池之间通过紧固件8连接的示意图，其中，所述燃料盒上设有与所述紧固件8相配合的安装孔，所述紧固件8为螺栓。在另一实施例中，所述安装孔也可贯穿所述甲醇燃料盒1，相应的，所述紧固件8包括螺栓及螺母。
需要指出的是，此处仅为示例，在其它实施例中，所述直接甲醇燃料电池燃料供给系统与单电池或电堆板之间还可采用其它可拆卸固定方式，此处不应过分限制本发明的保护范围。
作为示例，本发明的直接甲醇燃料电池燃料供给系统中，所述的固体甲醇2的制备方法如下，包括如下步骤：
首先执行步骤S1：将丙烯酸树脂粉末加入甲醇的水溶液中，并搅拌所述溶液直至所述丙烯酸树脂粉末溶解。
具体的，所述丙烯酸树脂粉末在溶液中的质量分数为0.5％～1％。所述甲醇的水溶液中，甲醇与水的质量比为4～1.5:1。本实施例中，采用均质机搅拌所述溶液直至所述丙烯酸树脂粉末溶解。
然后执行步骤S2：在所述溶液中加入三乙醇胺，并搅拌直至所述溶液逐渐变稠成为无色透明凝胶状，得到固体甲醇。
作为示例，边搅拌边滴加三乙醇胺，直至所述溶液逐渐变稠成为无色透明凝胶状。其中，加入的所述三乙醇胺与步骤S1中加入的丙烯酸树脂粉末的质量比为0.9～1.1：1。
至此，制得了无色透明凝胶状的固体甲醇，该固体甲醇具有高浓度，可直接或采用涂覆与柔性载体的方式填充于甲醇燃料盒中，利用其释放的甲醇蒸汽直接作为被动式甲醇燃料电池的阳极燃料供应源。本发明的固体甲醇的制备方法中，所述丙烯酸树脂作为高聚物，其中，丙烯酸树脂的甲醇/水分散液具有一定酸性，当采用碱性的三乙醇胺中和时逐渐形成盐，使卷曲的树脂分子被张开，形成高透明凝胶，将高浓度甲醇水溶液包裹在内，形成固体甲醇。这种固体甲醇的制备方法简单有效，可以有效降低固体甲醇的生产成本。
下面通过几个具体实施例来说明采用本发明的直接甲醇燃料电池燃料供给系统的电池性能情况。
实施例1
本实施例中对采用非载体型固体甲醇的燃料供给系统A与采用液体甲醇的燃料供给系统B的电池性能进行对比，包括如下步骤：
1、将适量丙烯酸树脂粉末加入到投入比例为4:1的甲醇和水的混合溶液中，用均质机搅拌至粉末溶解为均匀透明液体；将该溶液边搅拌边滴加三乙醇胺，使溶液逐渐变稠成为无色透明凝胶状为止，即制成固体甲醇；
2、将步骤1所得固体甲醇填充进入甲醇燃料盒A1中，将相同体积和配比的甲醇水溶液加入甲醇燃料盒B1中，所添加的固体/液体甲醇质量约为1.6g；
3、以PV膜作为隔离片分别置于甲醇燃料盒A1和B1上；
4、将3mm厚的隔离垫板置于隔离片上，用于构建甲醇蒸汽室A2和B2。
5、将相同性能的单电池分别放置于步骤4所得的甲醇蒸汽供给系统A和B上，用紧固件装配；
6、在25℃的测试温度下，分别测试两种电池在采用40mA/cm2恒电流放电时的电压变化情况和采用350mV恒电压放电时的电流变化情况。
通过图2(a)可看到两种甲醇燃料供给系统在40mA/cm2恒电流放电时的电压变化，由图可知，由于固体甲醇的自身结构使其能够释放低浓度的持续稳定的甲醇蒸汽，因此在相同的甲醇质量比和体积下，采用固体甲醇的阳极燃料供应系统比液体甲醇溶液所能提供的单电池放电电压高，法拉第效率得到了明显提升；此外，通过图2(b)可以看到，当采用350mV恒电压放电时，由于固体甲醇的蒸汽挥发速度慢，故放电电流较低且持续稳定，放电时长是液体甲醇的2.25倍，能量转化效率也得到了一定提升。由此说明，本发明的固体甲醇作为一种新的阳极燃料与液体甲醇相比在放电性能上具有独特优势。
实施例2
本实施例对采用非载体型固体甲醇的燃料供给系统A和采用载体型固体甲醇的燃料供给系统B的电池性能进行对比，包括如下步骤：
1、采用实施例1的方法制备固体甲醇；
2、将步骤1所得固体甲醇填充进入甲醇燃料盒A1中，固体甲醇质量约为1.6g；
3、将步骤1所得固体甲醇均匀涂覆于碳布载体上，将载体填充进入甲醇燃料盒B中，所涂覆的固体甲醇质量约为1.8g；
4、以PE膜作为隔离片分别置于甲醇燃料盒A1和B1上；
5、将3mm厚的隔离垫板置于隔离片上，用于构建甲醇蒸汽室A2和B2；
6、将相同性能的单电池分别放置于步骤5所得的甲醇蒸汽供给系统A和B上，用紧固件装配；
7、在25℃的测试温度下，分别测试两种电池在采用40mA/cm2恒电流放电时的电压变化情况。
通过图3可看到两种甲醇燃料供给系统在40mA/cm2恒电流放电时的电压变化，由图可知，在非载体型和载体型这两种固体甲醇燃料供应系统中，单位质量的甲醇燃料所能供应的单电池放电时间分别为7.13h/g和7.44h/g,能量效率相当。该实施例说明采用载体型和非载体型两种固体甲醇作为燃料的差别不大，均可作为理想的固体甲醇盒填充燃料。
实施例3
本实施例对采用本发明的固体甲醇燃料供给系统的电池的方向敏感性进行测试，包括如下步骤：
1、将适量丙烯酸树脂粉末加入到投入比例为1.5:1的甲醇和水的混合溶液中，用均质机搅拌至粉末溶解为均匀透明液体；将该溶液边搅拌边滴加三乙醇胺，使溶液逐渐变稠成为无色透明凝胶状为止，即制成固体甲醇；
2、将步骤1所得固体甲醇称取相同质量分别填充进入甲醇燃料盒A1和B1中；
3、将步骤1所得固体甲醇称取相同质量分别均匀涂覆于相同质量的碳布载体上，分别填充进入甲醇燃料盒C1和D1中；
4、以PV膜作为隔离片分别置于甲醇燃料盒A1、B1、C1和D1上；
5、将3mm厚的隔离垫板置于隔离片上，用于构建甲醇蒸汽室A2、B2、C2和D2；
6、将相同性能的单电池分别放置于步骤5所得的甲醇蒸汽供给系统A、B、C和D上，用紧固件装配；
7、在25℃的测试温度下，分别测试四种电池在采用40mA/cm2恒电流放电时的电压变化情况，其中，对于A和C，在测试过程中方向不变，对于B和D，在测试过程中每隔3.5h将单电池旋转90度，观察放电性能随电池方向变化所可能产生的变化。
通过图4(a)及图4(b)可看到，在非载体型和载体型这两种固体甲醇燃料供应系统中，电池方向的改变并没有对电池的放电曲线产生明显影响。由此可知，这两种固体甲醇燃料供应系统均不存在方向敏感性。
实施例4
本实施例测试采用不同材料隔离片的非载体型固体甲醇燃料供给系统的电池的放电时长，包括如下步骤：
1、采用实施例1的方法制备固体甲醇；
2、将步骤1所得固体甲醇称取相同质量分别填充进入甲醇燃料盒A1、B1和C1中，固体甲醇质量约为1.6g；
3、以PE膜，PV膜和无纺布作为隔离片，分别置于甲醇燃料盒A1、B1和C1上；
4、将3mm厚的隔离垫板置于隔离片上，用于构建甲醇蒸汽室A2、B2和C2；
5、将相同性能的单电池分别放置于步骤4所得的甲醇蒸汽供给系统A、B和C上，用紧固件装配；
6、在25℃的测试温度下，分别测试三种电池在采用40mA/cm2恒电流放电时的电压变化情况。
通过图5可看到采用不同隔离片的三种甲醇燃料供给系统在40mA/cm2恒电流放电时的电压变化，由图可知，当采用PV膜作为隔离片时，放电时间明显较长，电池能量效率较高；这可能是由于PV膜表面的致密涂层能更好地抑制甲醇蒸汽的传质速率，减少了甲醇蒸汽的跨膜渗透。当采用PE膜和无纺布作为隔离片时，放电时间有所减短，但由于隔离片成本较低，使用者可根据实际情况酌情选择隔离片种类。
实施例5
本实施例测试采用不同厚度隔离垫板的非载体型固体甲醇燃料供给系统的电池放电时长，包括如下步骤
1、采用实施例1的方法制备固体甲醇；
2、将步骤1所得固体甲醇称取相同质量分别填充进入甲醇燃料盒A1、B1、C1和D1中，固体甲醇质量约为1.6g；
3、以PV膜作为隔离片，分别置于甲醇燃料盒A1、B1、C1和D1上；
4、将0mm(不使用隔离垫板)、2mm、3mm和4mm厚的隔离垫板分别置于隔离片上，用于构建甲醇蒸汽室A2、B2、C2和D2；
5、将相同性能的单电池分别放置于步骤4所得的甲醇蒸汽供给系统A、B、C和D上，用紧固件装配；
6、在25℃的测试温度下，分别测试四种电池在采用40mA/cm2恒电流放电时的电压变化情况。
通过图6可看到采用不同隔离垫板厚度的甲醇燃料供给系统在40mA/cm2恒电流放电时的电压变化，由图可知，当不采用隔离垫板，即不增设甲醇蒸汽缓冲室时，放电时间明显较短，电池能量效率较低；而当采用2～4mm厚度隔离垫板时的燃料供应系统放电时间较长，在本实施例所采用的实验条件下以3mm为最优。使用者可根据自身实验条件和环境将隔离垫板厚度进行优化调整。
综上所述，本发明利用丙烯酸树脂粉末作为高聚物制备了凝胶状高浓度固体甲醇，可直接或采用涂覆于柔性载体的方式填充于甲醇燃料盒中，利用其释放的甲醇蒸汽直接作为甲醇燃料电池的阳极燃料供应源。采用固体甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池系统不存在方向敏感性问题，而且免去了传统电堆中复杂的甲醇分配以及液-气转化系统，具有很强的实际应用意义。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述燃料供给系统包括甲醇燃料盒、填充进所述甲醇燃料盒中的固体甲醇以及固定于所述甲醇燃料盒上的用于隔离所述固体甲醇与单电池或电堆板的隔离片。
2.根据权利要求1所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述燃料供给系统还包括放置于所述隔离片上的用于构建甲醇蒸汽室的隔离垫框。
3.根据权利要求2所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述隔离垫框的厚度小于4mm。
4.根据权利要求1或2所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述甲醇燃料盒采用耐甲醇材料。
5.根据权利要求4所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述耐甲醇材料包括聚乙烯或聚甲醛。
6.根据权利要求1或2所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述甲醇燃料盒中还设有一载体，所述固体甲醇涂覆于所述载体表面。
7.根据权利要求6所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述载体为柔性载体。
8.根据权利要求7所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述柔性载体包括碳布或无纺布。
9.根据权利要求1或2所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述隔离片采用多孔透气材料。
10.根据权利要求9所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述多孔透气材料包括渗透汽化膜、聚乙烯膜或无纺布。
11.根据权利要求1或2所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统还包括可拆卸安装部，所述被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统通过所述可拆卸安装部可拆卸安装于单电池或电堆板。
12.根据权利要求11所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述可拆卸安装部包括设于所述甲醇燃料盒上的卡固件。
13.根据权利要求11所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述可拆卸安装部包括设于所述甲醇燃料盒上的安装孔及与所述安装孔相配合的紧固件。
14.根据权利要求1或2所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：所述固体甲醇的制备方法包括如下步骤：
S1：将丙烯酸树脂粉末加入甲醇的水溶液中，并搅拌所述溶液直至所述丙烯酸树脂粉末溶解；
S2：在所述溶液中加入三乙醇胺，并搅拌直至所述溶液逐渐变稠成为无色透明凝胶状，得到固体甲醇。
15.根据权利要求14所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：于所述步骤S1中，所述甲醇的水溶液中，甲醇与水的质量比为4～1.5:1，所述丙烯酸树脂粉末在溶液中的质量分数为0.5％～1％。
16.根据权利要求14所述的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，其特征在于：于所述步骤S2中，加入的所述三乙醇胺与步骤S1中加入的丙烯酸树脂粉末的质量比为0.9～1.1：1。
CN201510844043.2A 2015-11-26 2015-11-26 一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统 Pending CN105428673A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510844043.2A CN105428673A (zh) 2015-11-26 2015-11-26 一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510844043.2A CN105428673A (zh) 2015-11-26 2015-11-26 一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105428673A true CN105428673A (zh) 2016-03-23

Family

ID=55506715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510844043.2A Pending CN105428673A (zh) 2015-11-26 2015-11-26 一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105428673A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1998105A (zh) * 2004-07-08 2007-07-11 直接甲醇燃料电池公司 燃料电池盒和燃料输送系统
CN101057361A (zh) * 2004-11-05 2007-10-17 环球油品公司 用于燃料电池的固体燃料
US20100098995A1 (en) * 2006-10-11 2010-04-22 Kurita Water Industries Ltd Direct methanol fuel cell system and portable electronic device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1998105A (zh) * 2004-07-08 2007-07-11 直接甲醇燃料电池公司 燃料电池盒和燃料输送系统
CN101057361A (zh) * 2004-11-05 2007-10-17 环球油品公司 用于燃料电池的固体燃料
US20100098995A1 (en) * 2006-10-11 2010-04-22 Kurita Water Industries Ltd Direct methanol fuel cell system and portable electronic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9269983B2 (en) Flow battery
CN101084364B (zh) 双电解液无膜微通道燃料电池
Roshandel et al. The effects of porosity distribution variation on PEM fuel cell performance
TW503598B (en) Catalytic air cathode for air-metal batteries
US7419731B2 (en) Fuel container with reticulated material
CN109037725B (zh) 一种提高电解液分布均匀性的液流电池及电极结构和方法
Smedley et al. A regenerative zinc–air fuel cell
CN104201438B (zh) 一种基于氧化石墨烯-碳纸气体催化电极的锂-空气电池
CN104704650B (zh) 用于填充电化学电池的方法
CN103579658B (zh) 一种液流电池堆
CN207441864U (zh) 一种锌溴液流电池电极框结构及包含其的液流电池
CN107293764B (zh) 一种基于棉线的被动式微流体燃料电池
CN1988225A (zh) 一种用于质子交换膜燃料电池的气体扩散层及其制备方法
CN104795577B (zh) 一种用于大功率液流电池堆的双极板板框结构
CN102870262A (zh) 膜电极接合体和燃料电池
Wu et al. A membraneless microfluidic fuel cell with continuous multistream flow through cotton threads
Weng et al. High voltage vanadium-metal hydride rechargeable semi-flow battery
CN106960993A (zh) 锂空气电池及其测试装置
CN110600751A (zh) 一种具有棉线电极的直接甲酸盐微流体燃料电池
Weng et al. Investigations of high voltage vanadium-metal hydride flow battery toward kWh scale storage with 100 cm2 electrodes
CN105514531A (zh) 一种锂离子—卤素液流电池
Torres et al. Performance optimization of a passive silicon-based micro-direct methanol fuel cell
CN109728314A (zh) 一种外加磁场的磁性颗粒附着电极的液流电池结构及方法
CN105428673A (zh) 一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统
CN102170008B (zh) 非流动型钒素二次电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160323