CN109449472A - 一种甲醇燃料电池外壳及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种甲醇燃料电池外壳，包括底壳、上盖，在底壳的中部由左至右具有三个隔离板，在底壳的右侧中部下端有一个开孔，三只隔离板的左侧中部下端各有一个开孔，上盖和底壳一体成型，左端一个阳极甲醇储槽前端有一个方形开口，底壳的前端横向有个开口槽，底壳的右端纵向有个开口槽，四个阳极甲醇储槽的前内侧端左右两部各有一个插槽，上盖位于底壳的上端，上盖的前端横向分布有四个插口，每组DMFC第一只集流体、核心部件、第二只集流体组成的发电体直接经上盖其中一个插口插入其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽的槽内。本发明用3D打印技术打印DMFC的壳体，成品精度高，能方便实现DMFC核心部件串联，不会造成混连短路，核心部件损坏后能方便更换。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特别一种甲醇燃料电池外壳及其制备方法。
背景技术
由于化石能源的持续消耗和环境污染的日益严重，世界各国竞相开发新能源和可持续能源，包括太阳能、风能和氢能等。燃料电池(Fuel Cell, FC)作为一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能不经过燃烧而直接转化为电能的发电装置，因其能量转换效率高，环境友好、使用方便，在能量转化过程中不受卡诺循环限制而引起广泛关注，极具应用前景。燃料电池中的直接甲醇燃料电池DMFC (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)是直接利用甲醇水溶液作为燃料的一种质子交换膜燃料电池，具有体积小、重量轻、系统结构简单、燃料来源丰富、价格低廉、储存携带方便、安全性高等优点，因而在手机、笔记本电脑、摄像机等小型民用电源和军事上的单兵携带电源等方面具有极大竞争优势，根据文献报道，直接甲醇燃料电池的标准单电位达到1.183 V，通过计算可知DMFC理论能量转化效率达92.5%。DMFC主要结构包括阳极甲醇储槽、集流体、密封圈、产生电能的核心部件、阴极支撑板，现有的DMFC的布置方式，一般是将每组DMFC第一只集流体、第一只密封圈、核心部件、第二只密封圈、第二只集流体组成的发电体用螺杆螺母连接在一起，然后再放入阳极甲醇储槽、阴极支撑板之间，阴极支撑板分前后两排，阳极甲醇储槽位于中间，每排安装三组DMFC，六组DMFC的核心部件（就是产生电能的部件）通过导线串联在一起，从而为外部提供电能；由于将六组DMFC的核心部件分别安装在外壳的前后两端，串联时导线有出现混连的几率，导致电池短路；而且受到结构所限，更换时由于需要螺杆螺母固定，在进行核心部件更换时极其不便。
三维立体打印机（3D打印）是二十世纪八十年代末九十年代初兴起、并迅速发展起来的新兴先进制造技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过计算机控制喷头逐层打印的方式来构造物体的技术。是CAD、数控技术、激光技术以及材料科学与工程技术的集成。它可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，从而可对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争能力，其打印出的部件还具有精密度高等优点。
基于上述，提供一种利用3D打印技术打印DMFC的壳体，制得的成品精度高，而且能方便实现DMFC核心部件产生电能的部位串联，以及损坏后核心部件能方便更换的DMFC壳体及其制备方法显得尤为必要。
发明内容
为了克服现有的直接甲醇燃料电池DMFC使用的壳体因结构所限，在多只DMFC核心产生电能部件串联时，容易导致混连、进而导致电池短路，以及DMFC核心产生电能部件损坏时更换不方便的弊端，本发明提供了利用3D打印技术打印DMFC的壳体，制得的成品精度高，而且能方便实现DMFC核心部件产生电能的部位串联，不会造成混连短路，且核心部件损坏后能方便更换的一种甲醇燃料电池外壳及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种甲醇燃料电池外壳，其特征在于包括底壳、上盖，在底壳的中部由左至右具有三个隔离板，三个隔离板将底壳分割为四个独立的空间作为四个阳极甲醇储槽，在底壳的右侧中部下端有一个开孔，三只隔离板的左侧中部下端各有一个开孔，上盖和底壳一体成型，左端一个阳极甲醇储槽前端有一个方形开口，底壳的前端横向有一个开口槽，底壳的右端纵向有一个开口槽，底壳前端横向开口槽、底壳右端纵向开口槽和底壳右侧中部下端开孔相通，四个阳极甲醇储槽的前内侧端左右两部各有一个插槽，上盖位于底壳的上端，上盖的前端横向分布有四个插口，四个插口刚好和四个阳极甲醇储槽的前内侧端左右两部的插槽位置一致，四组DMFC中，每组DMFC第一只集流体、核心部件、第二只集流体组成的发电体直接经上盖其中一个插口插入其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽的槽内，每组DMFC的第一只集流体的后侧、第二只集流体的前侧左右两端分别位于其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽的槽内，第一只集流体和第二只集流体的上端位于上盖插口上端。
一种甲醇燃料电池外壳的制备方法，通过3D打印机打印甲醇燃料电池的外壳，共分为三个步骤实现外壳的打印，步骤1，在PC机应用软件内输入打印数据；步骤2，设置打印的参数，参数包括打印速度；步骤3，开机打印，3D打印机依次打印出底壳、上盖。
所述的打印材料是粉末塑料材料。
本发明有益效果是：本发明应用先进的3D打印技术制作DMFC的壳体，制得的成品精度高，每组DMFC第一只集流体、核心部件、第二只集流体组成的发电体直接经上盖其中一个插口插入其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽的槽内，每组DMFC的第一只集流体的后侧、第二只集流体的前侧左右两端分别位于其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽的槽内，第一只集流体和第二只集流体的上端位于上盖插口上端，四组DMFC由左至右处于横向分布状态，由于是横向由左至右依次分布，四组DMFC的核心部件正负两极相邻，所以四组DMFC的核心部件串联时，出现混连的几率很小，有效防止了现有DMFC使用的壳体，多组串联时容易出现混连几率的弊端；由于，每组DMFC的第一只集流体和第二只集流体的上端位于上盖插口上端，所以需要更换其中一组或多组损坏的DMFC时，直接将DMFC从插口内拔出即可。使用中在甲醇从底壳右侧中部下端开孔、底壳右端纵向开口槽、底壳前端横向开口槽、左端一个阳极甲醇储槽前端方形开口、三只隔离板的左侧中部下端三个开孔流入四个阳极甲醇储槽内后，在甲醇和四组DMFC的核心部件作用下，处于串联的四组DMF产生出电能，为外部供电。本发明用3D打印技术打印DMFC的壳体，制得的成品精度高，而且能方便实现DMFC核心部件产生电能的部位串联，不会造成混连短路，不需要螺杆螺母和密封圈进行DMFC的固定，安装四组DMFC方便，而且在损坏时能方便更换。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。
附图说明
以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。
图1是本发明底壳结构示意图。
图2是本发明整体结构示意图。
具体实施方式
图1、2中所示，一种甲醇燃料电池外壳，包括底壳1、上盖2，在底壳1的中部由左至右具有三个隔离板1-1，三个隔离板1-1将底壳分割为四个独立的空间作为四个阳极甲醇储槽1-2，在底壳1的右侧中部下端有一个开孔1-3，三只隔离板的左侧中部下端各有一个开孔1-4，上盖2和底壳1一体成型，左端一个阳极甲醇储槽前端有一个方形开口1-5，底壳的前端横向有一个开口槽1-6，底壳的右端纵向有一个开口槽1-7，底壳1前端横向开口槽1-6、底壳右端纵向开口槽1-7和底壳右侧中部下端开孔1-3相通，四个阳极甲醇储槽1-2的前内侧端左右两部各有一个插槽1-8，上盖2位于底壳1的上端，上盖2的前端横向分布有四个插口2-1，四个插口2-1刚好和四个阳极甲醇储槽的前内侧端左右两部的插槽1-8位置一致，四组DMFC中，每组DMFC第一只集流体、核心部件、第二只集流体组成的发电体直接经上盖其中一个插口2-1插入其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽1-8的槽内，每组DMFC的第一只集流体的后侧、第二只集流体的前侧左右两端分别位于其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽1-8的槽内，第一只集流体和第二只集流体的上端位于上盖插口2-1上端（每组DMFC的第一只集流体的后侧、第二只集流体的前侧、以及左右两侧，分别和上盖插口2-1前后两侧、左右两侧紧密接触，保证进入底壳1内甲醇不会泄露）。
图1、2中所示，一种甲醇燃料电池外壳的制备方法，通过3D打印机打印甲醇燃料电池的外壳，共分为三个步骤实现外壳的打印，步骤1，在PC机应用软件内输入打印数据；步骤2，设置打印的参数，参数包括打印速度；步骤3，开机打印，3D打印机依次打印出底壳1、上盖2。打印材料是粉末塑料材料。
图1、2中所示，本发明应用先进的3D打印技术制作DMFC的壳体，制得的成品精度高，每组DMFC第一只集流体、核心部件、第二只集流体组成的发电体直接经上盖其中一个插口2-1插入其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽1-8的槽内，每组DMFC的第一只集流体的后侧、第二只集流体的前侧左右两端分别位于其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽的槽内，第一只集流体和第二只集流体的上端位于上盖插口2-1上端，四组DMFC由左至右处于横向分布状态，由于是横向由左至右依次分布，四组DMFC的核心部件正负两极相邻，所以四组DMFC的核心部件串联时，出现混连的几率很小，有效防止了现有DMFC使用的壳体，多组串联时容易出现混连几率的弊端；由于，每组DMFC的第一只集流体和第二只集流体的上端位于上盖插口2-1上端，所以需要更换其中一组或多组损坏的DMFC时，直接将DMFC从插口2-1内拔出即可。使用中在甲醇从底壳右侧中部下端开孔1-3、底壳右端纵向开口槽1-7、底壳前端横向开口槽1-6、左端一个阳极甲醇储槽前端方形开口1-5、三只隔离板的左侧中部下端三个开孔1-4流入四个阳极甲醇储槽1-2内后，在甲醇和四组DMFC的核心部件作用下，处于串联的四组DMF产生出电能，为外部供电。本发明用3D打印技术打印DMFC的壳体，制得的成品精度高，而且能方便实现DMFC核心部件产生电能的部位串联，不会造成混连短路，不需要螺杆螺母和密封圈进行DMFC的固定，安装四组DMFC方便，而且在损坏时能方便更换。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。
图1、2中所示，本发明通过创新性地采用当今主流三维立体打印机（3D打印）快速制备直接甲醇燃料电池的外壳，并设计符合能够直接串联甲醇燃料电池的结构模型，从而不仅能够减小直接甲醇燃料电池体积，实现甲醇燃料电池的便携化，而且还能满足提高直接甲醇燃料电池的电压所需的电池结构（比如串联4个单电池的结构，假设理论工作电压为0.5 V，则串联后电池电压将达到2V），制得的成品精度高，而且能方便实现DMFC核心部件产生电能的部位串联，不会造成混连短路，不需要螺杆螺母和密封圈进行DMFC的固定，安装四组DMFC方便，而且在损坏时能方便更换，能加速直接甲醇燃料电池在便携式电源方面的商业化应用；满足社会对新型环保能源的迫切需求等。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种甲醇燃料电池外壳，其特征在于包括底壳、上盖，在底壳的中部由左至右具有三个隔离板，三个隔离板将底壳分割为四个独立的空间作为四个阳极甲醇储槽，在底壳的右侧中部下端有一个开孔，三只隔离板的左侧中部下端各有一个开孔，上盖和底壳一体成型，左端一个阳极甲醇储槽前端有一个方形开口，底壳的前端横向有一个开口槽，底壳的右端纵向有一个开口槽，底壳前端横向开口槽、底壳右端纵向开口槽和底壳右侧中部下端开孔相通，四个阳极甲醇储槽的前内侧端左右两部各有一个插槽，上盖位于底壳的上端，上盖的前端横向分布有四个插口，四个插口刚好和四个阳极甲醇储槽的前内侧端左右两部的插槽位置一致，四组DMFC中，每组DMFC第一只集流体、核心部件、第二只集流体组成的发电体直接经上盖其中一个插口插入其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽的槽内，每组DMFC的第一只集流体的后侧、第二只集流体的前侧左右两端分别位于其中一个阳极甲醇储槽前内侧端左右两部插槽的槽内，第一只集流体和第二只集流体的上端位于上盖插口上端。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇燃料电池外壳，其特征在于其制备方法是通过3D打印机打印甲醇燃料电池的外壳，共分为三个步骤实现外壳的打印，步骤1，在PC机应用软件内输入打印数据；步骤2，设置打印的参数，参数包括打印速度；步骤3，开机打印，3D打印机依次打印出底壳、上盖。
3.根据权利要求2所述的一种甲醇燃料电池外壳的制备方法，其特征在于打印材料是粉末塑料材料。
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