CN1753221A

CN1753221A - 一种高效能的便携式甲醇燃料电池

Info

Publication number: CN1753221A
Application number: CNA2004100788853A
Authority: CN
Inventors: 张华�
Original assignee: Zhuhai Yatelong Electronic Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Yatelong Electronic Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2006-03-29

Abstract

一种高效能的便携式甲醇燃料电池，利用甲醇与氧气直接反应，生成的水稀释电池燃料盒中高浓度甲醇，然后再供给反应单元，起到循环使用的作用，并且采用可以阻挡超过90％的甲醇交叉的新型中心膜和Mosoporous(碳的物质)作为催化剂，使其有效地克服现有技术的不足，具有甲醇燃料来源丰富、价格便宜、便于携带与储存，整个电池结构简单、体积小、方便灵活，可实现零排放或低排放等优点。

Description

一种高效能的便携式甲醇燃料电池

技术领域：

本发明属于电化学和能源技术领域，主要涉及一种利用高浓度甲醇和氧气进行电化学反应的新型燃料电池，具体指一种高效能的便携式甲醇燃料电池。

现有技术：

随着电池性能不断改善以及各种技术的推出，目前仍然没有一种电池可满足所有便携式设备的需求，加上国家电源的短缺，因而要选择电池解决方案愈来愈困难。这时燃料电池就是这样一个应运而生的产物，它可以在没有电源的情况下，消费者只需将其便携式设备插入一个燃料器便可以进行连续充电。在手机用户经常有这样的烦恼，在打电话过程中突然发现没电了。这种烦恼也许过不了多久就可解决了，因为一种新的手机电池一燃料电池(Fuel cell)即将面向市场。这种电池通话时间超过12-15小时，待机更可达1个月，并且不用充电，只要花几秒钟换燃料即可。现有燃料电池所采用的氧化剂各有不同，大连化学物理研究所于1999年与安徽天成电器有限责任公司成立了直接甲醇联合实验室，2001年与福建南平南孚电池有限公司签订了为期四年的合作计划共同开发燃料电池。目前该所在燃料电池关键材料与关键技术方面均取得了长足的进展。自行研制的铂基电催化剂在单电池性能方面均优于美国E-TEK公司和英国Johnson Matthey公司的同类催化剂。通过对电极结构、组份、水热管理等优化，单电池的性能在400mV时电流密度可达400mA·cm^-2，最高功率密度达到190mW·cm^-2，接近国际先进水平。在电池系统研究方面，成功地组装出了twin-cell电池组、以石墨板为双极板的15W电池组、以不锈钢为双极板的20W电池组、以金属复合板双极板的100W电池组和室温、空气、集成式、微型DMFC电池组。其中，大连化物所自行研制开发的复合双极板的电导率高达120S·cm^-1，成本远低于石墨双极板，具有良好的应用前景。新型阻醇电解质膜的研究也取得了可喜进展。但该技术目前正在在研究阶段，尚无法满足现实需要。

德国Masterflex公司正在开发可以放在皮包中携带的燃料电池。由于它采取了直接供应氢气的方式，因而，“要面对普通消费者销售必须在建立起能供应氢气的体制之后”。尽管日本东芝，日立，富士通，NEC和韩国三星等电子工业厂家都在研发各种DMFC。NEC曾经表示他们十分希望可以在2005年把配搭燃料电池的笔记本推向市场，但目前情况来看这种DMFC还需要在迟些时候才能上市，至于手机，PDA等数码产品开发的DMFC应该在下一年或者三年内诞生。显而易见直接甲醇燃料电池使用的技术仍处于发展的早期，但已成功的显示出因移动电话和笔记本电脑的电源，将来还是为指定的终端用户使用的潜力。

综上所述，以甲醇为基本原料的燃料电池，其研究开发工作虽已有了长足进展，但要进入实用阶段，尚需进行大量的研发工作。

发明目的：

本发明的目的就在于提供一种环保，安全，高效能的便携式甲醇燃料电池。通过利用甲醇与氧气直接反应，生成的水稀释电池燃料盒中高浓度甲醇，然后再供给反应单元，起到循环使用的作用。其中甲醇的浓度为30％，并且采用可以阻挡超过90％的甲醇交叉的新型中心膜和Mosoporous(碳的物质)作为催化剂的技术方案，使其有效地克服现有技术的不足。

技术方案：

一种高效能的便携式甲醇燃料电池，至少包含有催化剂的阳极，催化剂的阴极以及设置在阳极和阴极之间的高分子交换膜，在阴极一端的电池腔内加装有高浓度甲醇和水，其中甲醇的浓度为30％，二者在阴极催化剂的作用下进行反应，在阳极一端的电池腔内反应后排出物是水。在上述电池中还采用了可以阻挡超过90％的甲醇交叉的新型中心膜Memnrane，并且采用了Mosoporous(碳的物质)作为催化剂。

其电化学反应为：

阳极反应：

阴极反应：

电池反应：

附图说明：

附图是本发明的一种实施例工作原理示意图。

实施例：

一种高效能的便携式甲醇燃料电池，其电池体内装置有催化剂的阳极板，催化剂的阴极板以及设置在阳极和阴极之间的高分子交换膜，在阴极一端的电池腔内加装有高浓度甲醇和水，其中甲醇的浓度为30％，二者在阴极催化剂的作用下进行反应，生成二氧化碳和氢离子并释放电子，在阴极一端的电池腔内，透过高分子交换膜的氢离子与氧气在阳极催化剂的作用下发生反应，接受电子并生成水。所生成的水再返回阴极一端。在上述电池中还采用了可以阻挡超过90％的甲醇交叉的新型中心膜Memnrane，并且采用了Mosoporous(碳的物质)作为催化剂，从而降低一半旧式催化剂的用量，其工作温度为120℃。在该电池中，利用电解聚合膜允许特定化学物质通过的特性，产生了热力学电势。膜的一侧阴极充满了甲醇和水可以将甲醇分解为氢原子和二氧化碳。分离后的氢原子，被剥夺了电子可以通过膜到达膜的另一侧。在阳极催化剂的作用下，质子(缺少一个电荷的氢原子)和空气中的氧气发应形成了缺少一个电子的水。通过连接阴极在阳极上氢原子上脱离的电子可以移动到阴极上与缺少电子的物资结合。当提供电流时，甲醇在阳极发生电解化学反应被氧化，在阳极，电催化产生电子通过外部到达阴极电催化剂，电子在一个还原反应中被消耗。电路通过电极间的质子传导维持在电池中。

发明的优点：

1.当甲醇燃料电池嵌入的电路与笔记本中内置的锂电池充电电池配合控制输出功率的变化，可稳定提供约定12w-20w的输出功率且支持笔记本电脑连续工作8-10小时。甲醇燃料电池运用在手机上通话时间超过12-15小时，待机更可达1个月。并且不用充电，只要花几秒钟换燃料即可。所以这种新型的电池与现有的锂电池相比能量密度可高出5倍；

2.使用甲醇时而无需预先重整。用甲醇与氧气直接反应，甲醇燃料来源丰富、价格便宜、便于携带与储存，整个电池结构简单、体积小、方便灵活，工作时间只取决于燃料携带量而不受限于电池的额定容量，可实现零排放或低排放等优点；

3.该电池不仅可用手机，笔记本电脑(100cc的甲醇燃料电池可以连续工作8-10小时)、摄像机等小型民用可移动电源、传感器件，甚至是军用单兵种作战电源等，应用前景十分广阔。由此可见它的工作时间比锂电池有着很大的提高，不仅如此它的运用广泛例如：通信，军用，交通，民用等，从另一角度上说，它被认为是锂电池和另外一些用于便携电子设备的电池的潜在替代品。而它的尺寸(80mm×55mm×30mm)更为令您惊讶。

Claims

1.一种高效能的便携式甲醇燃料电池，至少包含有催化剂的阳极，催化剂的阴极以及设置在阳极和阴极之间的高分子交换膜，其特征在于在阳极一端的电池腔内加装有高浓度甲醇和水，其中甲醇的浓度为30％，二者在阴极催化剂的作用下进行反应，在阳极一端的电池腔内反应生成的水，可用于稀释电池燃料盒中高浓度甲醇，再供给反应单元。

2.根据权利要求1所述的一种高效能的便携式甲醇燃料电池，其特征在于电池中还采用了高浓度的甲醇，可以阻挡超过90％的甲醇交叉的新型中心膜Memnrane，并且采用了Mosoporous(碳的物质)作为催化剂。