CN110783610A

CN110783610A - 一种直接甲醇燃料电池

Info

Publication number: CN110783610A
Application number: CN201910968875.3A
Authority: CN
Inventors: 张博; 郭静; 焦栋; 杨云祥; 郭晓雷
Original assignee: China Electronics Technology Group Corp CETC
Current assignee: China Electronics Technology Group Corp CETC; Electronic Science Research Institute of CTEC
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2019-10-12
Publication date: 2020-02-11
Anticipated expiration: 2039-10-12
Also published as: CN110783610B

Abstract

本发明公开了一种直接甲醇燃料电池，所述燃料电池包括顺序设置的阳极储液腔(1)、阳极集成板和阴极极板(5)，阴极端板(6)；所述阳极集成板包括膜电极(3)和阳极极板(2)，所述阳极集成板用于所述阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池进行加热。本发明通过阳极集成板用于阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池进行加热的方案，由此解决了现有技术中存在的电池的工作温度低，影响电催化剂活性的问题，提高燃料电池的工作温度，从而提高燃料电池的输出性能，取得了积极的技术效果。

Description

一种直接甲醇燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种直接甲醇燃料电池。

背景技术

燃料电池被认为是21世纪首选的、洁净的、高效的新能源技术，其中直接甲醇燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置，具有能量密度高、无噪声、低辐射、易充电等优点，相比锂离子电池具有更广阔的前景，相比氢气燃料电池更易于储存，近年来得到世界各国的普遍重视。

虽然直接甲醇燃料电池有许多优点，但是目前直接甲醇燃料电池还有很多问题，比如：比较高的活化电压损失、非常高甲醇渗透电压损失等，已知的甲醇燃料电池的输出功率远不如理论输出功率值。在制约DMFC的各种因素中，温度是非常重要的一个，几乎所有动力学和输运过程的速率都取决于温度。常温下的温度无法达到DMFC的最佳工作温度，适度提高甲醇溶液温度、极板温度能很大得提高DMFC的输出电压和功率密度，因此，基于燃料电池的能源系统的自适应热管理至关重要，既不能超过此类型燃料电池工作温度的上限，又不能使电池的工作温度过低，影响电催化剂的活性。

发明内容

本发明实施例提供一种直接甲醇燃料电池，用以解决现有技术中存在的电池的工作温度低，影响电催化剂活性的问题。

本发明实施例提供一种直接甲醇燃料电池，所述燃料电池包括顺序设置的阳极储液腔、阳极集成板和阴极极板，阴极端板；

所述阳极集成板包括膜电极和阳极极板，所述阳极集成板用于所述阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池进行加热。

可选的，所述阳极集成板还包括硅胶加热片，所述硅胶加热片用于所述阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池加热。

可选的，所述阳极极板上设置有电阻丝，所述电阻丝呈泊状或者丝状。

可选的，所述电阻丝的间距由内向外呈等差扩大分布。

可选的，所述阳极极板上开设有凹槽，所述凹槽用于布置所述电阻丝。

可选的，所述阳极极板的支撑脊开设有支撑脊凹槽，所述支撑脊凹槽用于布置所述电阻丝。

可选的，所述电阻丝上设置有硅胶层，所述硅胶层呈波状褶皱结构，所述硅胶层上还设置有一层玻璃纤维。

可选的，所述电阻丝的绕制数量根据所述阳极极板以及所述电阻丝的分布形式确定。

本发明实施例通过阳极集成板用于阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池加热的方案，由此解决了现有技术中存在的电池的工作温度低，影响电催化剂活性的问题，提高燃料电池的工作温度，从而提高燃料电池的输出性能，取得了积极的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例燃料电池结构示意图；

图2为本发明第二实施例电阻丝分布于极板边缘凹槽的示意图；

图3为本发明第三实施例中电阻丝分布于极板支撑脊上示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明第一实施例提出一种直接甲醇燃料电池，所述燃料电池包括顺序设置的阳极储液腔1、阳极集成板和阴极极板5，阴极端板6。

所述阳极集成板包括膜电极3和阳极极板2，所述阳极集成板用于所述阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池进行加热。

在本实施例中，燃料电池包括阳极端板、阳极集成板、阴极极板5和阴极端板6。其中，阳极集成极板包括层叠设置的膜电极3和阳极极板2，阳极集成极板既具有防漏液功能，又具有加热功能，提高电池的工作温度。在本实施例中，通过阳极集成板用于阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池加热的方案，由此解决了现有技术中存在的电池的工作温度低，影响电催化剂活性的问题。

可选的，在本发明一个可选的实施例中，所述阳极集成板还包括硅胶加热片4，所述硅胶加热片4用于所述阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池加热。

在传统的电池中，极板间的硅胶垫仅起到封装防漏液的作用，而在本实施例中，采用硅胶发热片取代传统的硅胶片，在防漏液的同时具有加热的功能。在本实施例中，硅胶发热片4可以是由两张玻璃纤维布及双片压硅胶合制而成的硅橡胶玻璃纤维布构成，形状为薄片状，可以与电池极板完全紧密接触，具有很好的柔软性，更容易贴近极板，对电池进行加热，提高电池的内部温度。

本发明第二实施例提出一种直接甲醇燃料电池，所述燃料电池包括顺序设置的阳极储液腔1、阳极集成板和阴极极板5，阴极端板6。

在本实施例中，所述阳极极板2上设置有电阻丝，所述电阻丝呈泊状或者丝状。

在本实施例中采用将加热电阻丝布于阳极极板2四周的方案来实现对燃料电池的加热。

在本实施例中，阳极集成极板上的加热电阻丝需要有良好的可塑性和延展性，较高的熔点，因此本实施例中可以选用镍合金电阻线作为电阻丝，镍是一种银白色金属，密度8.9g/cm，熔点1455℃，具有磁性和良好的可塑性、耐腐蚀性，镍合金作为电阻线具有通电发热迅速、升温快的特点，可以更快地为电池提供热量，因此镍合金可以很好的满足要求。

可选的，在本发明一个可选的实施例中，所述电阻丝的间距由内向外呈等差扩大分布。

在本实施例中，可以直接在电池极板表面布置镍合金电阻线，也可以将电阻线的形状制成泊状或者丝状，而且相邻的镍合金电阻线分布间距可以由内向外呈等差扩大的趋势，这样可以将发热面扩大且发热均匀。

在电阻线的分布中，不同电阻线的数量对燃料电池内部热量的传输不同，极板上的热量传输为固体传热，在电池传热过程仿真模型中，可以根据极板热传输(表示极板的导热系数)，来确定电池在不同数量电阻线分布情况下的最佳温度，选择合适数量的电阻线为电池加热。

可选的，在本发明又一个可选的实施例中，所述电阻丝上设置有硅胶层，所述硅胶层呈波状褶皱结构，所述硅胶层上还设置有一层玻璃纤维。

在电池极板上的电阻丝分布设置后，可以在电阻丝上面需要覆盖一层硅胶层，在本实施例中可以选用有机硅胶，有机硅胶是一种有机硅化合物，它的热稳定性高，高温下分子化学键分解，化学和物理机械性能随温度的变化都很小，而且有机硅具有良好的电绝缘性能，其电气性能受温度和频率的影响较小。

在硅胶层表面采用波状褶皱结构，能够给极板一个加热空间层的空间，避免直接接触，能够有效防止热传递过程中的热辐射损失，提高热传递效率。在硅胶层上方可以用压敏胶粘一层玻璃纤维布，玻璃纤维布是一种性能优异的无机非金属材料，有绝缘性好，耐热性强，抗腐蚀性好，机械强度高的优点，基于此，玻璃纤维布能够使得电阻丝产生的热量在不受电池内部其他因素的影响下更好的传输。

可选的，在本发明又一个可选的实施例中，如图2所示，所述阳极极板上开设有凹槽7，所述凹槽7用于布置所述电阻丝。

在本实施例中，为了让电阻线对燃料电池的传热效率更高，可以增大电阻线和极板的接触面积，使其受热面积增加，传输的热量增多。还可以在电池极板的边缘可以开一圈凹槽7，将电阻线布于其中，然后可以在极板表面覆盖一层硅胶和玻璃纤维布，起到防漏液和加热的作用；也可以将硅胶和玻璃纤维布直接覆盖于镍合金电阻丝表面，由于具有良好的柔性，可以将其绕在凹槽中，电阻丝圈高于凹槽7的部分便于密封电池防漏液。

本发明第三实施例提出一种直接甲醇燃料电池，所述燃料电池包括顺序设置的阳极储液腔1、阳极集成板和阴极极板5，阴极端板6。

在本实施例中，所述阳极极板上设置有电阻丝，所述电阻丝呈泊状或者丝状。

除第二实施例中的在阳极极板边缘开凹槽7外，在本实施例中，如图3所示，在极板支撑脊的部分也可以开设支撑脊凹槽8将电阻丝布于其中，也可以将阳极极板支撑脊的部分稍加宽，在支撑脊的中间布下电阻丝，通过支撑脊的电阻线也可以与极板边缘的电阻线互通，形成一个网状结构的加热整体，电阻丝发热产生的热量既可以通过电池极板传输，也可以对通过支撑脊的反应物加热，加快化学反应速率，更好的提高电池的输出性能。

可选的，在本发明一个可选的实施例中，所述电阻丝上设置有硅胶层，所述硅胶层呈波状褶皱结构，所述硅胶层上还设置有一层玻璃纤维。

具体的说，在阳极极板2表面覆盖一层硅胶和玻璃纤维布，起到防漏液和加热的作用。

当然在本实施例中的直接甲醇燃料电池也可以是硅胶加热片4与电阻丝的组合设置，具体结构参见前述实施例的组合，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括顺序设置的阳极储液腔(1)、阳极集成板和阴极极板(5)，阴极端板(6)；

所述阳极集成板包括膜电极(3)和阳极极板(2)，所述阳极集成板用于所述阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池进行加热。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极集成板还包括硅胶加热片(4)，所述硅胶加热片(4)用于所述阳极储液腔的防漏以及对所述燃料电池加热。

3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极极板(2)上设置有电阻丝，所述电阻丝呈泊状或者丝状。

4.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述电阻丝的间距由内向外呈等差扩大分布。

5.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极极板(2)上开设有凹槽(7)，所述凹槽(7)用于布置所述电阻丝。

6.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述阳极极板(2)的支撑脊开设有支撑脊凹槽(8)，所述支撑脊凹槽(8)用于布置所述电阻丝。

7.如权利要求5或6所述的燃料电池，其特征在于，所述电阻丝上设置有硅胶层，所述硅胶层呈波状褶皱结构，所述硅胶层上还设置有一层玻璃纤维。

8.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述电阻丝的绕制数量根据所述阳极极板(2)以及所述电阻丝的分布形式确定。