CN105762382A - 一种直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法 - Google Patents

一种直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法 Download PDF

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Abstract

一种直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法，所述直接液体燃料电池系统包括直接液体燃料电池电堆、气液分离器、液泵、气泵、甲醇浓度传感器和控制器，所述启动方法包括(1)向气液分离器内注入液体燃料水溶液后开启所述液泵使液体燃料水溶液在系统内循环至少10min；(2)开启所述气泵待所述电堆温度至设定温度后维持至少10min；(3)启动所述直接液体燃料电池系统三个步骤。与现有技术相比，本发明所述直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法中通过燃料溶液在系统内循环一段时间，使燃料电池电池和/或液体浓度传感器的膜电极充分润湿，可使燃料电池系统正常运行，避免燃料电池电堆性能下降。

Description

一种直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法
技术领域
本发明涉及直接液体燃料电池系统，具体的说涉及直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法。
背景技术
直接液体燃料电池系统通常包括以甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、甲酸、乙酸中的一种或两种以上为燃料的燃料电池系统。以直接甲醇燃料电池系统为例，其是将甲醇燃料中的化学能直接转化为电能的一种化学反应装置。由于甲醇燃料的比能量密度高，燃料电池系统结构简单等优点，该类电池在便携式移动电源领域具有广阔的应用前景。
为了使直接液体燃料电池系统在较佳性能运行，最基本的要求就是要求燃料电池电堆内膜电极处于充分润湿状态，并且燃料的浓度在系统的要求范围内。当直接液体燃料电池系统长期存储后，由于系统内燃料溶液的挥发往往会导致燃料电池电堆内膜电极失水，在该种情况下如果系统直接开机运行对外输出电能，很可能破坏膜电极结构，造成电堆性能降低。对于使用基于膜电极的燃料浓度传感器的系统，由于传感器中膜电极不充分润湿可能致使浓度信号失真，此时如果简单开机运行，则系统在或高或低的燃料浓度下运行，进一步使电堆性能降低。对于使用电堆参数控制燃料浓度的系统而言同样存在类似问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种直接液体燃料电池系统长期存储后启动方法。本发明采用的以下方式来实现：
一种直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法，所述直接液体燃料电池系统包括直接液体燃料电池电堆、气液分离器、液泵、气泵和甲醇浓度传感器，所述液泵位于气液分离器出口管路和电堆阳极入口管路之间，所述甲醇浓度传感器位于所述液泵和电堆阳极入口管路之间靠近电堆阳极入口处，所述气泵与所述电堆阴极入口管路相连，包括以下步骤，
(1)向气液分离器内注入液体燃料水溶液后开启所述液泵使液体燃料水溶液在系统内循环至少10min；此时保证膜电极充分浸润，同时可保持电堆系统中基于膜电极的液体燃料浓度传感器充分浸润或使得通过电堆参数控制系统燃料浓度的燃料进料浓度稳定，避免了直接启动燃料电池系统造成的阳极液体燃料进料浓度误判从而造成的膜电极结构破坏的不良后果；
(2)开启所述气泵待所述电堆温度至设定温度后维持至少30min；此步骤可使得长期没有运行的燃料电池电堆中的膜电极再活化，从而保证电堆及电池系统的输电性能；
(3)启动所述直接液体燃料电池系统使其对外放电。
所述直接液体燃料电池系统中的液体燃料为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、甲酸、乙酸中的一种或两种以上。
步骤(1)中向所述气液分离器内注入液体燃料水溶液中液体燃料的浓度为0.3-5M；
步骤(1)中向所述气液分离器内注入液体燃料水溶液中液体燃料的浓度最优为0.5-2M。燃料浓度控制对于电池系统中膜电极的充分浸润及膜电极的再活化至关重要，浓度过高渗透阴极或造成阴极催化剂中毒，浓度过低电堆系统升温缓慢。
步骤(2)中所述设定温度为40-90℃，最优为55-80℃。
步骤(2)中所述电堆温度至设定温度后的维持时间最优为1-5h。
与现有技术相比，本发明所述直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法中通过燃料溶液在系统内循环一段时间，使燃料电池电池和/或液体浓度传感器的膜电极充分润湿，可使燃料电池系统正常运行，避免燃料电池电堆性能下降。
附图说明
图1、一种本发明所述直接甲醇燃料电池系统示意图。
其中，1为燃料罐；2为甲醇泵；3为甲醇溶液泵；4为甲醇浓度传感器；5为燃料电池电堆；6为气液分离器；7为气泵；8为散热器；9为风扇。
图2、一种本发明所述直接甲醇燃料电池系统长期存储后的启动方法流程图。
图3、实施例1所述直接甲醇燃料电池系统长期存储后启动运行时系统输电性能图。
具体实施方式
实施例1
图1为实施例1所述直接甲醇燃料电池系统流程示意图。所示直接甲醇燃料电池系统包括燃料罐1，甲醇泵2，甲醇溶液泵3，甲醇浓度传感器4，燃料电池电堆5，气液分离器6，气泵7，散热器8，风扇9。
上述直接甲醇燃料电池系统工作过程中，其环境温度为室温(25℃)，其对外输出功率为50W。
燃料电池电堆是直接甲醇燃料电池系统的核心部件，是发生电化学反应、输出电能的场所；空气由气泵输送进入电堆的阴极室，阴极反应后的产物经过散热器冷却后进入气液分离器进行水气分离；纯甲醇由甲醇泵输送进入气液分离器，与气液分离器内甲醇稀溶液混合后由液泵输送经过甲醇浓度传感器进入燃料电池电堆的阳极室，阳极反应后的物质进入气液分离器进行水气分离；甲醇浓度传感器由于检测甲醇的浓度，其在系统中的位置不局限于图1所示的位置。
图2为实施例1所述直接甲醇燃料电池系统长期存储后启动方法流程图。具体流程为向气液分离器中注入1M的甲醇水溶液，开启液泵使甲醇溶液在系统内循环运行，20min后开启气泵使渗透至阴极的的甲醇燃料发生氧化反应使系统温度升高，待系统温度升高至运行温度60℃后并维持1h。
图3为实施例1所述长期存储直接甲醇燃料电池系统经过前述方法启动运行后，系统输出性能测试结果。从图中可以看出，采用本发明所述启动方法启动系统后电池系统运行稳定。

Claims (7)

1.一种直接液体燃料电池系统长期存储后的启动方法，所述直接液体燃料电池系统包括直接液体燃料电池电堆、气液分离器、液泵、气泵和液体燃料浓度传感器，所述液泵位于气液分离器出口管路和电堆阳极入口管路之间，所述液体燃料浓度传感器位于所述液泵和电堆阳极入口管路之间靠近电堆阳极入口处，所述气泵与所述电堆阴极入口管路相连，其特征在于：包括以下步骤，
(1)向气液分离器内注入液体燃料水溶液后开启所述液泵使液体燃料水溶液在燃料电池电堆系统内循环至少10min；
(2)开启所述气泵待所述电堆温度至设定温度后维持至少10min；
(3)启动所述直接液体燃料电池系统使其对外放电。
2.如权利要求1所述启动方法，其特征在于：所述直接液体燃料电池系统中的液体燃料为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、甲酸、乙酸中的一种或两种以上。
3.如权利要求1或2所述启动方法，其特征在于：步骤(1)中向所述气液分离器内注入液体燃料水溶液中液体燃料的浓度为0.3-5M。
4.如权利要求3所述启动方法，其特征在于：步骤(1)中向所述气液分离器内注入液体燃料水溶液中液体燃料的浓度最优为0.5-2M。
5.如权利要求1所述启动方法，其特征在于：步骤(2)中所述设定温度为40-90℃。
6.如权利要求5所述启动方法，其特征在于：步骤(2)中所述设定温度最优为55-80℃。
7.如权利要求1所述启动方法，其特征在于：步骤(2)中所述电堆温度至设定温度后的维持时间最优为1-5h。
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