CN1885608A - 直接液体供应燃料电池的电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有内部设有膜电极组件(MEAs)的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆，每一膜电极组件具有在电极薄膜的任一侧上的阳极和阴极，这些膜电极组件被堆叠在一起，并使导电阳极板和导电阴极板分别形成为面对所述阳极和阴极，其中，所述阴极板包括多条平行的直流动通道，上表面具有与所述直流动通道的下表面同一平面的亲水部件被设置成垂直于所述阴极板的一端上的所述流动通道。在本发明的直接液体供应燃料电池的电池堆中，接触阴极的导电板的一端与不会阻塞形成于导电板中的空气通道的亲水部件相连，因此，产生在空气通道底部上的水滴容易被亲水部件吸收，并且这不会导致空气流动通道中出现压力损失。

Description

直接液体供应燃料电池的电池堆
技术领域
本发明涉及一种直接液体供应燃料电池的电池堆(direct liquid feed fuelcell stack)，更具体地说，涉及一种具有防止由在阴极处产生的水所造成的氧流动通道阻塞的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆。
背景技术
直接液体供应燃料电池通过如甲醇或乙醇之类的有机燃料和如空气中的氧之类的氧化剂之间的电化学反应产生电。直接液体供应燃料电池具有高的比能量密度以及高的电流密度。另外，由于如甲醇之类的液体燃料被直接供给电池，直接供给燃料电池不需要如燃料重整器之类的外围装置，并能方便地存储和供给液体燃料。
如图1所示，直接供给燃料电池的单元电池(unit cell)具有膜电极组件(MEA)结构，该结构具有设置在阳极2和阴极3之间的电解质膜1。阳极2包括用于供给和扩散燃料的扩散层22、进行燃料氧化反应的催化剂层21、以及电极支撑层23。阴极3也包括用于供给和扩散燃料的扩散层32、进行燃料还原反应的催化剂层31、以及电极支撑层33。
作为直接液体燃料电池中一种的直接甲醇燃料电池(DMFC)的电极反应包括如下所述的氧化燃料的阳极反应及还原氢和氧的阴极反应。
[反应1]
     (阳极反应)
[反应2]
       (阴极反应)
[反应3]
       (总反应)
在氧化燃料(反应1)的阳极2上产生二氧化碳、氢离子和电子。所产生的氢离子通过氢离子交换膜1迁移到阴极3。在阴极3上通过氢离子、从外电路传输来的电子和氧之间的还原反应(反应2)产生水。因此，作为甲醇和氧之间总的电化学反应(反应3)的结果产生了水和二氧化碳。
可以由DMFC的单元电池产生的理论电压大约是1.2伏。但是，因活化过电压(activation overvoltage)和电阻过电压所引起的压降将使处于环境温度和大气压下的开路电压降到1V以下。现实中，实际工作电压处于0.4-0.6伏的范围内。因此，为了获得较高的电压，可将多个单元电池串联在一起。
通过将几个单元电池串联在一起并将它们组装成堆叠体而形成直接液体供应燃料电池的电池堆。相邻的单元电池通过单元燃料电池之间的导电双极板4连接在一起。在双极板4的两侧上形成流动通道41和42，从而向接触电极供给液体燃料和空气。
如空气流动通道之类的氧气供给路径形成在面向阴极3的双极板4的表面上。但是，在阴极3产生的水可能阻塞空气流动通道。这将减少电力的产生并将增高处于流动通道中的风扇或风机的压力。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有便于从作为氧供给路径的空气流动通道中除去水的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆，并提供一种具有这种直接液体供应燃料电池的电池堆的直接液体供应燃料电池。
根据本发明的另一目的是提供一种具有内部设有膜电极阵列(membraneelectrode arrays)(MEAs)的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆，每一膜电极阵列在电极薄膜的任一侧上具有阳极和阴极，这些膜电极阵列被堆叠在一起，并使导电阳极板和导电阴极板分别形成为面对所述阳极和阴极，其中，所述阴极板包括多条平行的直流动通道，上表面具有与直流动通道的下表面同一平面的亲水部件被设置成垂直于阴极板的一端上的流动通道。
亲水部件的端部可以彼此连接，并且可将水泵连接到所述亲水部件。
直流动通道的两端可以是开放的。
所述亲水部件可以由具有孔的泡沫部件形成。
阴极板可以包括穿过直流动通道之间的突出部分的燃料流动孔。
附图说明
本发明的所述和其它特点和优越性通过结合附图进行的详细说明将更加清楚。附图中：
图1是直接液体供应燃料电池的单元电池的剖面图；
图2是本发明一实施方式的直接液体供应燃料电池的电池堆的剖面图；
图3是具有液体燃料流动通道的图2所示的双极板表面的平面图；
图4是具有空气流动通道的图2所示的双极板表面的透视图；
图5的曲线示出了传统的直接液体供应燃料电池的电池堆的功率；
图6的曲线示出了本发明一实施方式的直接液体供应燃料电池的电池堆的功率；
图7是本发明另一实施方式的双极板的透视图。
具体实施方式
现在将结合附图更全面地对本发明的直接液体供应燃料电池的电池堆进行说明，附图中示出了本发明的一些示例性实施方式。
图2是本发明一实施方式的直接液体供应燃料电池的电池堆100的剖面图。直接液体供应燃料电池的电池堆100包括多个垂直堆叠的膜电极组件(MEAs)和设置在这些MEAs之间的导电双极板110。每一MEA包括在薄膜140的任一侧上的阳极142和阴极144。分别接触阳极142和阴极144的导电阳极板161和导电阴极板162位于直接液体供应燃料电池的电池堆100的两外侧上。每一阳极板161和阴极板162的一个表面具有双极板110的形状，它们的作用等同于双极板110。所述MEAS和双极板110、阳极161和阴极162通过螺钉连接固定的端板180a和180b而被固定。
双极板110可以由阳极板161和阴极板162形成。
附图标记150表示诸如垫圈之类的密封部件，其可防止液体燃料从燃料流动孔114a和114b泄露到阴极144。
图3是具有液体燃料流动通道的图2所示的双极板表面的平面图。接触阳极142的阳极板161的表面具有与图3所示的相同形状。在双极板110中，具有蜿蜒形状的多条燃料通道112形成在MEA所处的电极区111上，并且燃料通道112的上部是开放的。还具有与燃料通道112相连的集流管113和燃料流动孔114a和114b，所述燃料流动孔穿过双极板110并与集流管113相连，以便向位于电极区111外侧的区域的燃料电池供给液体燃料和从位于电极区111外侧的区域的燃料电池中排放液体燃料。集流管113使燃料流动孔114a和114b与多条燃料通道112连接。
图4是具有空气流动通道的图2所示的双极板表面的透视图。所述空气流动通道具有多条直流动通道115，这些直流动通道成形为具有矩形剖面的槽。借助于重力及进入的空气流，直流动通道115向下输送由阴极反应产生的水，被输送的水最终形成处于直流动通道115的底部上的水滴。
吸收水滴的亲水部件位于双极板110的一侧上。亲水部件170的上表面具有与直流动通道115的底表面相同的平面。因此，亲水部件170的上表面接触并吸收所述水滴。亲水部件170的端部170a连接到其它亲水部件172，而亲水部件172可与水泵P相连。水泵P向外排放由亲水部件172吸收的水。
燃料流动孔114a和114b可以形成在双极板110的突出部分115a处，以形成流动通道115。
亲水部件170和172可以由如被处理成具有孔的海绵或聚乙烯或聚丙烯之类的多孔材料构成。
根据本发明，由于亲水部件170被形成为没有阻塞空气流动通道，因此其不会使进入的空气产生压力损失。
图5的曲线示出了传统的直接液体供应燃料电池的电池堆的功率。
参考图5，传统的直接液体供应燃料电池的电池堆的功率随时间而降低。其原因可设想为阴极板中的空气流动通道被水阻塞了。吸除1和吸除2表示直接液体供应燃料电池的电池堆的功率通过清除水而被立即恢复。
图6的曲线示出了本发明一实施方式的直接液体供应燃料电池的电池堆的功率。
参考图6，由于在吸除1至吸除4时利用水泵来清除水，所述直接液体供应燃料电池堆的功率维持恒定的高水平。
图7是本发明另一实施方式的双极板的透视图。图7和图4中相同的附图标记表示相同的部件，因此省略了对它们的描述。
所述空气流动通道由多条直流动通道115形成。借助于重力以及进入的空气流，这些直流动通道115可输送由阴极反应产生的水，而被输送的水最终形成处于直流动通道115的底部上的水滴。
吸收水滴的亲水部件270位于双极板110的一侧上。亲水部件270形成双极板110端部的延伸部分。亲水部件270还包括从直流动通道115延伸的槽275，与直流动通道115端部处的槽接触的水滴借助于重力以及进入的空气流被亲水部件270吸收。
亲水部件270可以由如被处理成具有孔的海绵或聚乙烯或聚丙烯之类的多孔材料构成。
根据本发明，由于亲水部件270被形成为没有阻塞空气流动通道，因此其不会使进入的空气产生压力损失。
如上所述，在本发明的直接液体供应燃料电池的电池堆中，接触阴极的导电板的一端与不会阻塞形成在导电板中的空气通道的亲水部件相连。因此，产生在空气通道底部上的水滴容易被亲水部件吸收，并且这不会导致空气流动通道中出现压力损失。
虽然通过参考示例性实施方式已具体示出了本发明并对其进行了说明，但是本领域技术人员应认识到，在没有超出权利要求所限定的本发明的构思和范围的前提下，可以对其中的形式和细节进行各种变换。

Claims (12)

1.一种具有内部设有膜电极组件(MEAs)的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆，每一膜电极组件具有在电极薄膜的任一侧上的阳极和阴极，所述膜电极组件被堆叠在一起，并使导电阳极板和导电阴极板分别形成为面对所述阳极和阴极，其中，所述阴极板包括多条平行的直流动通道，上表面具有与所述直流动通道的下表面同一平面的亲水部件被设置成垂直于所述阴极板的一端上的所述流动通道。
2.根据权利要求1所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述亲水部件的端部彼此连接。
3.根据权利要求2所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述亲水部件与水泵连接。
4.根据权利要求1所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述直流动通道的两端是开放的。
5.根据权利要求1所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述亲水部件由具有孔的泡沫部件构成。
6.根据权利要求1所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述阴极板包括穿过直流动通道之间的双极板的突出部分的燃料流动孔。
7.一种具有内部设有膜电极组件(MEAs)的结构的直接液体供应燃料电池的电池堆，每一膜电极组件具有在电极薄膜的任一侧上的阳极和阴极，所述膜电极组件被堆叠在一起，并使导电阳极板和导电阴极板分别形成为面对所述阳极和阴极，其中，所述阴极板包括多条平行的直流动通道，具有与所述直流动通道形状对应的槽的亲水部件被设置在所述阴极板的一端上。
8.根据权利要求7所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述亲水部件的端部彼此连接。
9.根据权利要求8所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述亲水部件与水泵连接。
10.根据权利要求7所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述直流动通道的两端是开放的。
11.根据权利要求7所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述亲水部件由具有孔的泡沫部件构成。
12.根据权利要求7所述的直接液体供应燃料电池的电池堆，其中，所述阴极板包括通过所述直流动通道之间的双极板的突出部分的燃料流动孔。
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