CN202712347U - 一种直接液流燃料电池 - Google Patents

一种直接液流燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN202712347U
CN202712347U CN2012203541049U CN201220354104U CN202712347U CN 202712347 U CN202712347 U CN 202712347U CN 2012203541049 U CN2012203541049 U CN 2012203541049U CN 201220354104 U CN201220354104 U CN 201220354104U CN 202712347 U CN202712347 U CN 202712347U
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
direct liquid
anode
cathode terminal
collector plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2012203541049U
Other languages
English (en)
Inventor
黄成德
米南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN2012203541049U priority Critical patent/CN202712347U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN202712347U publication Critical patent/CN202712347U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种直接液流燃料电池，属于电池装置领域。该直接液流燃料电池为由螺栓连接和压紧的单元部件结构块体，其中单元部件包括：两端的端盖板，在两端盖板之内分别依次设置阳、阴极端的硅胶片，阳、阴极端的聚四氟乙烯密封垫片和阳、阴极端的集流板，在阳极端集流板和阴极端集流板之间，依次设置阳极板、聚四氟乙烯密封框片、复合膜电极和阴极板。该直接液流燃料电池具有结构和封装工艺简单、密封性较好、电池性能较高的特点。

Description

一种直接液流燃料电池
技术领域
 本实用新型涉及一种直接液流燃料电池，属于电池装置领域。
背景技术
直接液流燃料电池是一种新型电池，它是以有机燃料如甲醇、甲酸等做阳极燃料，以氧化还原电对做阴极氧化剂，通过电对还原与燃料氧化得失电子的过程而向外界提供电能的装置。目前已有的直接液流燃料电池单电池结构主要由阳极板、嵌入碳纸的阴极板、阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜和充气氮囊组成。在该电池结构中，各组件通过对电池壳体内部的氮囊充气加压而夹紧。 这种电池结构存在不足之处：由于使用氮囊导致电池组件较多，装置复杂；需要通过拧紧外部螺丝与对氮囊充气两个方面夹紧电池体，封装工艺繁琐；复合膜电极中全氟磺酸质子交换膜和催化层间接触不够紧密导致电子、质子传输阻力较大；氧化还原电对在碳纸电极上反应的速率较慢，从而对电池性能的提高形成限制。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种直接液流燃料电池，该直接液流燃料电池具有装置与电池封装工艺简单、密封性良好、电池性能较高的特点。
本实用新型是通过以下技术方案加以实现的：一种直接液流燃料电池，该直接液流燃料电池为由螺栓连接和压紧的单元部件结构块体，其中单元部件包括：阳极端盖和阴极端盖，在阳极端盖和阴极端盖之内靠着阳极端盖依次设置阳极端硅胶片，阳极端聚四氟乙烯密封垫片和阳极端集流板，在靠着阴极端盖依次设置阴极端硅胶片，阴极端聚四氟乙烯密封垫片和阴极端集流板，其特征在于，在阳极端集流板和阴极端集流板之间，依次设置阳极板、聚四氟乙烯密封框片、复合膜电极和阴极板。
上述结构的直接液流燃料电池，阳极板采用石墨材料，它的一内侧面为完整平面，该完整平面与阳极端集流板贴合，它的另一内侧面，其上开设双指型蛇型流道的流场，该内侧面与聚四氟乙烯密封框片贴合；在阳极板的前后两条外边缘上分别开设燃料进入孔和流出物流出孔，燃料进入孔和流出物流出孔均与流场上的双指型蛇型流道相通；在阳极板的上外边缘开设放置铂电阻的孔道。
上述结构的直接液流燃料电池，复合膜电极，按着复合膜电极的轴向而言，它的结构依次为全氟磺酸质子交换膜层、PtRu/C催化剂层、导电炭黑层和碳纸扩散层，其中碳纸扩散层嵌入聚四氟乙烯密封框片内，全氟磺酸质子交换膜层与聚四氟乙烯密封框片贴合。
上述结构的直接液流燃料电池，阴极板采用石墨材料，它的一内侧面为完整平面，该完整平面与阴极端集流板相贴合，它的另一内侧面，其上制有矩形槽，在矩形槽槽底相对两端分别开设有直径相等、分布均匀的小孔，该矩形槽内镶嵌聚丙烯腈基石墨毡，该内侧面与复合膜电极的全氟磺酸质子交换膜层贴合；在阴极板的前后两条外边缘上分别开设氧化还原电对溶液进入孔和流出孔，氧化还原电对溶液进入孔和流出孔均与矩形槽底的小孔相通，在该阴极板的上外边缘开设放置铂电阻的孔道。
本实用新型的优点在于，该直接液流燃料电池结构和封装工艺简单、密封性较好、电池性能较高。该直接液流燃料电池通过将PtRu/C催化剂层与全氟磺酸质子交换膜层热压制备成复合膜电极，这样既保证了PtRu/C催化剂层与全氟磺酸质子交换膜层的紧密接触，减小了质子和电子的传输阻力，又不再需要设置氮囊单元部件，简化了电池结构与封装工艺。同时，在阴极板上选用比表面积大的石墨毡材料替代原有的碳纸，这样更有利于增大氧化还原电对的反应活性，提高电池的整体性能。
附图说明   
图1是本实用新型去掉螺栓拆分后的各个单元部件的结构示意图。
图中：1为阳极端盖，2为阳极端硅胶片，3为阳极端聚四氟乙烯密封垫片，4为阳极端集流板，5为阳极板，6为聚四氟乙烯密封框片，7为复合膜电极，8为阴极板，9为阴极端集流板，10为阴极端聚四氟乙烯密封垫片，11为阴极端硅胶片，12为阴极端盖。
图2是阳极板5的A-A向结构示意图。
图中：5-1为流场，5-2为燃料进入孔，5-3为流出物流出孔，5-4为放置铂电阻的孔道。
图3是复合膜电极7的径向剖面结构示意图。
图中：7-1为全氟磺酸质子交换膜，7-2为PtRu/C催化剂层，7-3为导电炭黑层，7-4为碳纸扩散层。
图4是阴极板8的B-B向结构示意图。
图中：8-1为矩形槽，8-2为氧化还原电对溶液进入孔，8-3为氧化还原电对溶液流出孔，8-4为放置铂电阻的孔道。
具体实施方式
实施例1
阳极端盖1和阴极端盖12均采用不锈钢材料，尺寸为90mm ×90mm，厚度为10mm；阳极端聚四氟乙烯密封垫片2和阴极端聚四氟乙烯密封垫片11，尺寸为90mm ×90mm，厚度为0.5mm；阳极端硅胶片3和阴极端硅胶片10，尺寸为90mm ×90mm，厚度为0.5mm；在上述结构的端盖、聚四氟乙烯密封垫片和硅胶片的四个角对称开设孔径为10mm的螺栓孔，用于放置螺栓夹紧电池单元部件。阳极端集流板4和阴极端集流板9采用铜箔材料，尺寸为50mm×50mm，厚度为0.2mm；阳极板5和阴极板8采用石墨材料，尺寸为50mm×50mm，厚度为30mm；阳极板5上贴合聚四氟乙烯密封框片一侧制有流场，流场面积为20mm×20mm，该流场上开设双指型蛇型流道，流道宽度为1.05mm，深度为1mm，流道间距为1.05mm；阴极板8上贴合全氟磺酸质子交换膜层一侧制有正方形槽，槽边长为20mm×20mm，槽深10mm，槽底面上下两端分别制有孔径为2mm的5个小孔；聚四氟乙烯密封框片6的外边尺寸为50mm×50mm，内框尺寸为20mm×20mm；复合膜电极的碳纸扩散层7-4采用Toray TGP-H-060型碳纸，平面面积为20mm×20mm，该碳纸用质量分数10%的聚四氟乙烯乳液疏水处理，在该碳纸扩散层上涂覆导电炭黑层7-3，该导电炭黑层采用商用导电炭黑Vulcan XC-72，导电炭黑的载量为1mg/cm2，在该导电炭黑层上涂覆PtRu/C催化剂层，该PtRu/C催化剂层采用Johnson Mattery公司的产品，该催化剂层中金属载量为2mg/cm2，其中Pt质量分数为20%， Ru质量分数为 10%， 全氟磺酸质子交换膜层7-1采用杜邦公司的nafion115型全氟磺酸质子交换膜，尺寸为50mm×50mm，将上述四层结构用热压机在120℃下压合成复合膜电极；在阳极板5和阴极板8上放置Pt -100铂电阻，铂电阻外径为4mm，用于测试阳极板和阴极板温度。
具体工作过程
上述结构的直接液流燃料电池，工作过程如下：以甲醇作阳极燃料通过阳极板进入口5-2进入阳极板，通过阳极板上的双指型蛇形流道与复合膜电极的碳纸扩散层接触，并逐步渗透到复合膜电极的PtRu/C催化层发生甲醇氧化反应，反应生成的CO2随未反应的甲醇通过流出口5-3排出阳极板。Fe3+/Fe2+氧化还原电对溶液作阴极氧化剂通过阴极板进入口8-2进入阴极板的矩形槽内，并逐渐浸润石墨毡，Fe3+/Fe2+在石墨毡上发生还原反应，未参加的Fe3+/Fe2+溶液通过流出口8-3排出阴极板。该直接液流燃料电池通过阳、阴极端集流板向外界输出一定的电流与电压。

Claims (4)

1.一种直接液流燃料电池，该直接液流燃料电池为由螺栓连接和压紧的单元部件结构块体，其中单元部件包括：阳极端盖和阴极端盖，在阳极端盖和阴极端盖之内靠着阳极端盖依次设置阳极端硅胶片，阳极端聚四氟乙烯密封垫片和阳极端集流板，在靠着阴极端盖依次设置阴极端硅胶片，阴极端聚四氟乙烯密封垫片和阴极端集流板，其特征在于，在阳极端集流板和阴极端集流板之间，依次设置阳极板、聚四氟乙烯密封框片、复合膜电极和阴极板。
2.按权利要求1所述的直接液流燃料电池，其特征在于，阳极板采用石墨材料，它的一内侧面为完整平面，该完整平面与阳极端集流板贴合，它的另一内侧面，其上开设双指型蛇型流道的流场，该内侧面与聚四氟乙烯密封框片贴合；在阳极板的前后两条外边缘上分别开设燃料进入孔和流出物流出孔，燃料进入孔和流出物流出孔均与流场上的双指型蛇型流道相通；在阳极板的上外边缘开设放置铂电阻的孔道。
3.按权利要求1所述的直接液流燃料电池，其特征在于，复合膜电极，按着复合膜电极的轴向而言，它的结构依次为全氟磺酸质子交换膜层、PtRu/C催化剂层、导电炭黑层和碳纸扩散层，其中碳纸扩散层嵌入聚四氟乙烯密封框片内，全氟磺酸质子交换膜层与聚四氟乙烯密封框片贴合。
4.按权利要求1所述的直接液流燃料电池，其特征在于，阴极板采用石墨材料，它的一内侧面为完整平面，该完整平面与阴极端集流板相贴合，它的另一内侧面，其上制有矩形槽，在矩形槽槽底相对两端分别开设有直径相等、分布均匀的小孔，该矩形槽内镶嵌聚丙烯腈基石墨毡，该内侧面与复合膜电极的全氟磺酸质子交换膜层贴合；在阴极板的前后两条外边缘上分别开设氧化还原电对溶液进入孔和流出孔，氧化还原电对溶液进入孔和流出孔均与矩形槽底的小孔相通，在该阴极板的上外边缘开设放置铂电阻的孔道。
CN2012203541049U 2012-07-20 2012-07-20 一种直接液流燃料电池 Expired - Fee Related CN202712347U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012203541049U CN202712347U (zh) 2012-07-20 2012-07-20 一种直接液流燃料电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012203541049U CN202712347U (zh) 2012-07-20 2012-07-20 一种直接液流燃料电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN202712347U true CN202712347U (zh) 2013-01-30

Family

ID=47592616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012203541049U Expired - Fee Related CN202712347U (zh) 2012-07-20 2012-07-20 一种直接液流燃料电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN202712347U (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409739A (zh) * 2014-11-14 2015-03-11 天津大学 用于直接液流甲醇燃料电池阴极的掺氮石墨毡的制备方法
CN107946624A (zh) * 2017-11-08 2018-04-20 常州大学 一种基于靛蓝衍生物的水系全有机液流电池及其组建方法和应用
CN109728321A (zh) * 2018-12-05 2019-05-07 国家电投集团氢能科技发展有限公司 单体燃料电池和燃料电池电堆
CN109860655A (zh) * 2019-01-21 2019-06-07 西安交通大学 物料分离传输燃料高效利用燃料电池及其工作方法
CN110865102A (zh) * 2019-10-12 2020-03-06 天津大学 一种用于研究金属基水系电池的模具
CN113506886A (zh) * 2021-07-15 2021-10-15 中国科学院长春应用化学研究所 一种柔性质子交换膜燃料电池

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409739A (zh) * 2014-11-14 2015-03-11 天津大学 用于直接液流甲醇燃料电池阴极的掺氮石墨毡的制备方法
CN107946624A (zh) * 2017-11-08 2018-04-20 常州大学 一种基于靛蓝衍生物的水系全有机液流电池及其组建方法和应用
CN109728321A (zh) * 2018-12-05 2019-05-07 国家电投集团氢能科技发展有限公司 单体燃料电池和燃料电池电堆
CN109728321B (zh) * 2018-12-05 2024-04-05 国家电投集团氢能科技发展有限公司 单体燃料电池和燃料电池电堆
CN109860655A (zh) * 2019-01-21 2019-06-07 西安交通大学 物料分离传输燃料高效利用燃料电池及其工作方法
CN109860655B (zh) * 2019-01-21 2022-06-03 西安交通大学 物料分离传输燃料高效利用燃料电池及其工作方法
CN110865102A (zh) * 2019-10-12 2020-03-06 天津大学 一种用于研究金属基水系电池的模具
CN113506886A (zh) * 2021-07-15 2021-10-15 中国科学院长春应用化学研究所 一种柔性质子交换膜燃料电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202712347U (zh) 一种直接液流燃料电池
CN102255094A (zh) 燃料电池装置及其燃料电池模块
CN109390603A (zh) 一种波纹流场板
CN100444445C (zh) 一种用于燃料电池的集流母板与端板的复合结构
CN101239277B (zh) 直接液体燃料电池尾气的电化学处理方法和专用装置
CN111490262B (zh) 一种燃料电池的金属双极板及燃料电池
CN210052797U (zh) 一种用于测试燃料电池的单电池
CN209001026U (zh) 一种波纹流场板
CN100392906C (zh) 燃料电池
CN109560312A (zh) 一种适用于高浓度甲醇的微型燃料电池及其放电方法
CN204668404U (zh) 一种用于燃料电池的组装装置
CN109411792B (zh) 一种新型管状直接甲醇燃料电池
CN209001031U (zh) 一种直接甲醇燃料电池堆
CN100517838C (zh) 一种质子交换膜燃料电池用气体流场
CN203644882U (zh) 直接醇类燃料电池结构
CN201051522Y (zh) 一种燃料电池复合体
KR101145574B1 (ko) 냉각수 유로가 형성된 전류집전체를 가지는 연료전지 스택
CN100536208C (zh) 一种集成式燃料电池堆进出管道的设计
CN206301882U (zh) 一种微型燃料电池装置
CN105958095B (zh) 一种使用集电-扩散复合层的直接甲醇燃料电池
CN100464450C (zh) 一种高机械强度的燃料电池导流极板及其制造方法
CN111766517B (zh) 一种新型燃料电池模具
CN101101991B (zh) 离子交换膜燃料电池流场板
CN206595331U (zh) 一种新型燃料电池燃料输入装置
CN102110834A (zh) 复合阳极溶胶-凝胶流动相直接甲醇燃料电池

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130130

Termination date: 20140720

EXPY Termination of patent right or utility model