CN200944420Y - 一种自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板，涉及直接甲醇燃料电池的极板。该功能板是以石墨为原料机械加工而成，主要结构是，板的两侧周边铣刻有密封凹槽以及与进出口通孔相通的流场，该流场为平行的镂空沟槽，镂空沟槽的总面积占功能板工作面积的1/2～4/5，功能板的每条脊上都有一个连通相邻两条沟槽的缺口，相邻两条脊上的缺口中心线处于脊的两端，沿垂直沟槽的方向依次错开。该功能板起双阳极的作用，两侧均可以进空气，促进了电极阴阳极表面的传质，从而提高了直接甲醇燃料电池的体积功率密度和质量功率密度，并且结构简单，易于加工，耐腐蚀性能好，还可以满足电池微型化和集成化的商业要求。

Description

一种自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板
技术领域
本实用新型涉及一种直接甲醇燃料电池的元件，特别涉及直接甲醇燃料电池的极板。
背景技术
目前用于直接甲醇燃料电池上的极板大都为双极板结构，文献Xianguo Li，Imran Sabir.Reviewof bipolar plates in PEM fuel cells：Flow-field designs[J]International Journal of Hydrogen Energy，2005，30：359-371中报道，双极板一侧为阳极结构，另一侧为阴极结构，阴阳极结构相互隔开，并都有流场。这种双极板具有均匀分布且隔离燃料和氧化剂、收集电流等特点，适合于主动式直接甲醇燃料电池，但用于被动式直接甲醇燃料电池，特别是空气自呼吸式直接甲醇燃料电池则有很大的不足之处，空气自呼吸式直接甲醇燃料电池是将电池阴极直接暴露在自然空气中，空气中的氧气通过浓差扩散和空气对流等扩散传递形式到达阴极催化层进行电化学还原反应，而双极板结构决定了其一侧只能进空气，另一侧进燃料，降低了跟空气接触的面积，影响了空气传质，致使电池体积功率密度和质量功率密度下降。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板，该功能板起双阳极的作用，两侧均可以进空气，促进电极阴阳极表面的传质，从而提高直接甲醇燃料电池的体积功率密度和质量功率密度，并且结构简单，易于加工，耐腐蚀性能好，还可以满足电池微型化和集成化的商业要求。
本实用新型是采用下述方案加以实现的。双阳极功能板以石墨为基板，板的两侧周边铣刻有密封凹槽以及与进口通孔6和出口通孔7相通的流场，该流场为一排平行的镂空沟槽4。进口通孔6和出口通孔7平行于流场面，且与同侧两端的镂空沟槽4相连接。镂空沟槽4的横截面呈长方形开口，功能板两侧中任一侧所有沟槽的面积之和占功能板工作面积的1/2～4/5，功能板的每条脊3上都有一个连通相邻两条沟槽4的缺口，相邻两条脊上的缺口中心线处于脊的两端，沿垂直沟槽的方向依次错开。
上述镂空沟槽4的深度为1-10mm，镂空沟槽的宽度为0.8-2mm，脊的宽度为0.6-1mm。
上述脊的缺口5形状为方形开口，缺口深度为1-3mm，宽度为1-3mm，相邻两个缺口距离为2-50mm；
上述进出口通孔6、7为圆柱形通孔，进出口直径为1-3mm，进出孔深度为2-10mm。
本实用新型由于功能板主体进燃料，两侧进空气，极大地提高了与空气的接触面积，改善了空气传质，且平行的镂空沟槽结构有利于将产生的二氧化碳气体排除，提高了甲醇的利用率，促进了阳极表面的传质，从而有利于提高直接甲醇燃料电池的体积功率密度和质量功率密度。本实用新型由于在功能板上具有双阳极结构，功能板两侧均为阳极，因此结构简单紧凑，易于加工，耐腐蚀性能好，还可以满足电池微型化和集成化的商业要求。
附图说明
图1为本实用新型的石墨单极板截面结构示意图。
图2为本实用新型的石墨单极板的剖面结构示意图。
图3为本实用新型的石墨单极板的正面阳极板结构示意图。
图4为本实用新型的石墨单极板的背面阳极板结构示意图。
附图中1为密封凹槽，2为定位孔，3为脊，4为镂空沟槽，5为脊的缺口，6为进口通孔，7为出口通孔。
具体实施方式
将基板尺寸为(长×宽×厚)50mm×45mm×6mm的石墨板进行机械加工。如图1、2所示，板的两侧周边铣刻有密封凹槽1和与进出口相通的流场，该流场为平行且镂空的沟槽4。进出口的通孔6、7平行于流场面，且与同侧两端镂空的沟槽4相连接。功能板上共加工沟槽9条，加工脊8条，相邻两条脊上的缺口中心线处于脊的两端，沿垂直沟槽的方向依次错开。
镂空沟槽4的横截面呈长方形开口，深度为6mm，宽度为2mm。每条脊3的宽度为1mm。相邻沟槽的连通缺口沿垂直沟槽方向彼此错开16mm。沟槽面积占功能板工作面积的3/5。进出口通孔6、7为圆柱形通孔，进出口直径为2mm，进出孔深度为6mm。定位孔2主要是固定双阳极功能板，便于安装和拆卸。
如图3、图4所示，甲醇溶液通过进口通孔6进入第1条镂空的沟槽，并从其一端相连处流到另一端汇集，接着通过第1条脊的缺口5进入到第2条镂空沟槽的一端，并流向其另一端汇集，然后再通过第2条脊的缺口进入第3条镂空的沟槽一端，如此反复，各条沟槽都是通过脊的缺口串联，直到甲醇溶液和二氧化碳气体到出口通孔7处。
燃料甲醇溶液通过进口通孔6进入功能板主体，功能板两侧进空气，使得燃料与空气充分接触，改善了空气传质，同时产生的二氧化碳气体通过平行的镂空沟槽顺利排出，提高了甲醇的利用率，促进了阳极表面的传质。

Claims (5)

1、一种自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板，功能板的两侧周边铣刻有密封凹槽(1)，其特征在于：功能板的两侧有与进口通孔(6)和出口通孔(7)相通的流场，该流场为平行的镂空沟槽(4)，进口通孔(6)和出口通孔(7)平行于流场面，且与同侧两端的镂空沟槽(4)相连接，功能板的每条脊(3)上都有一个连通相邻两条沟槽(4)的缺口(5)，相邻两条脊上的缺口中心线处于脊的两端，沿垂直沟槽的方向依次错开。
2、如权利要求1所述的自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板，其特征在于：镂空沟槽的总面积占功能板工作面积的1/2～4/5，
3、如权利要求1或2所述的自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板，其特征在于：镂空沟槽(4)的横截面呈长方形开口，深度为1-10mm，宽度为0.8-2mm。
4、如权利要求1所述的自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板，其特征在于：功能板的每条脊(3)的宽度为0.6-1mm，上面的缺口(5)形状为方形开口，缺口深度为1-3mm，宽度为1-3mm，相邻两个缺口距离为2-50mm。5、如权利要求1所述的自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板，其特征在于：进口通孔(6)和出口通孔(7)为圆柱形通孔，进出口通孔直径为1-3mm，进出口通孔深度为2-10mm。
6、如权利要求1所述的自呼吸式直接甲醇燃料电池双阳极功能板，其特征在于：功能板以石墨为基板。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101465435A (zh) * 2009-01-15 2009-06-24 上海交通大学 质子交换膜燃料电池双极板多道蛇行流场结构
CN109148927A (zh) * 2018-09-04 2019-01-04 重庆大学 具有浸没微射流的空气自呼吸无膜微流体燃料电池

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