CN203644882U - 直接醇类燃料电池结构 - Google Patents

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吴超群
郭启亮
洪才浩
宋志翔
陈涛
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Abstract

本实用新型属于燃料电池领域，公开了一种直接醇类燃料电池结构。采用技术方案为：一种直接醇类燃料电池，包括燃料供给通道、MEA膜、密封装置、封装外壳，两个燃料供给通道中间夹着MEA膜，通过密封装置进行密封，最后通过封装外壳封装，其中，所述电池内还一体安装有超声波换能器。使用电池时，启动超声波换能器对阳极燃料供给通道中的燃料进行超声波辐射；所述的超声波换能器为压电陶瓷片及引出的电极。本实用新型超声装置产生的振动在燃料中形成一定方向压力梯度，能快速排出燃料电池阳极氧化反应中生成的气体不仅缓解了催化剂中毒还提高了燃料电池的瞬态性能。

Description

直接醇类燃料电池结构
技术领域
本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种直接醇类燃料电池结构。
背景技术
燃料电池具备低污染、高效率、免充电、无噪声、燃料来源广等特点成为新能源的重要重要角色之一，质子交换膜燃料电池也起能够在极低的温度下（80℃）启动这一特点受到了广泛关注。直接甲醇燃料电池（以下简称DMFC），是质子交换膜燃料电池的变种，它能够直接使用甲醇而不需预先重整。与其它电池相比，DMFC具有以下特点：第一，其理论能量密度特别高，是现行锂电池的数倍；第二，其极低工作温度使它在室温下能正常启动；第三，燃料成本低且储存简单方便；第四，它体积小重量轻；第五，无须充电时间。由于上述特点，它被期待应用于各种便携式电子设备。但是，在甲醇参与化学反应过程中会生成许多中间产物，像Pt-CO会覆盖在催化剂的表面，造成催化剂中毒从而导致电池的性能下降，能源转化率低下。这严重的阻碍了直接甲醇燃料电池的应用。
目前解决甲醇燃料电池阳极催化剂中毒的主要办法是采用Pt及其合金作为催化剂来缓解催化剂中毒，比如Pt-Sn，Pt-Mo，Pt-Au，Pt-Co等，这些合金中又以Pt-Ru效果最好。尽管多元催化的办法减少了Pt的使用量并且能够一定程度的提高阳极催化效率，但是不能降低DMFC的成本，因为Ru也是一种非常昂贵的催化剂，与Pt相比Ru还是一种稀有金属。而在直接甲醇燃料电池的成本中，催化剂的成本占到了30％以上。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种直接醇类燃料电池结构，既可以缓解催化剂中毒还能提高直接醇类燃料电池性能、降低直接醇类燃料电池的成本。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种直接醇类燃料电池，包括燃料供给通道、MEA膜、密封装置和封装外壳，两个燃料供给通道中间夹着MEA膜，通过密封装置进行密封，最后通过封装外壳封装，其中，所述电池内还一体安装有超声波换能器。
按上述方案，所述的超声波换能器通过粘附、镶嵌或者埋覆的方式安装在阳极燃料供给通道的隔板、密封装置或封装外壳上。
按上述方案，所述的超声波换能器为压电陶瓷片及引出的电极。
按上述方案，所述的直接醇类燃料电池为直接甲醇燃料电池。
本实用新型采用超声装置产生的振动在燃料中形成一定方向压力梯度，能快速排出燃料电池阳极氧化反应中生成的气体不仅缓解了催化剂中毒还提高了燃料电池的瞬态性能。
在阳极燃料供给通道中设置安装超声波装置，其产生的振动促进燃料通道中燃料的流动，起到辅助燃料供给的作用；同时能使进入燃料通道中的燃料内部产生快速的局部流动，可避免通道内燃料的局部浓度（特别MEA膜表面的燃料浓度）过低；同时超声装置产生的振动在燃料中形成一定方向压力梯度，能快速排出燃料电池阳极氧化反应中生成的气体从而提高燃料电池的瞬态性能。
本实用新型的有益效果：
仅需要利用机械振动就能够提高燃料电池的启动电压、瞬态和稳态性能，并且是一种能解决当前直接甲醇类燃料电池催化剂中毒带来的技术瓶颈的新方法，它不需要增加其他化学物质特别是昂贵的合金催化剂，同时该方法在催化剂很少的情况下也能保持良好的效果，这很大程度的降低直接甲醇燃料电池的成本。
附图说明
图1：直接醇类燃料电池结构分解示意图；
图2：超声波振动对直接甲醇燃料电池瞬态性能的影响图；
图3：超声波振动对直接甲醇燃料电池稳态放电性能的影响图；
1-MEA膜；2-燃料供给通道；3-密封圈；4-封装外壳；5-压电陶瓷；6-电极。
具体实施方式
参照图1所示直接醇类燃料电池结构分解示意图，两个燃料供给通道2中间夹着MEA膜1，通过密封圈3进行密封，通过封装外壳4进行封装，压电陶瓷5设置在燃料供给通道的隔板上并引出电极6以提供电源。
按上述方案设置超声换能器的传统直接醇燃料电池，给超声换能器通电并对阳极燃料供给通道产生超声振动，电池的瞬态性能和稳态放电性能均有明显改善。
具体实施过程中的经验表明，超声换能器采用粘附、镶嵌或者埋覆的方式安装在阳极燃料供给通道的隔板、密封装置或封装外壳上，只要阳极燃料供给通道能够收到超声波的作用，电池的瞬态性能和稳态放电性能均有明显改善。
上述方案的基础上，超声波换能器采用压电陶瓷片及引出的电极通电的方式，能够制作更微型化的超声换能器和直接醇类燃料电池，且更容易实施。
设置超声换能器的传统直接甲醇燃料电池，给超声换能器通电并产生超声振动，振动频率为40KHz，对供给通道内的燃料进行超声辐射，辐射能量为0.1W/cm2；不设置超声换能器的传统燃料电池作为对比实施例；在其它实验条件不变的情况下测试其瞬态性能。
参照附图2所示，结论：在超声波的作用下直接甲醇燃料的瞬态性能较传统的直接甲醇燃料电池有明显提高。
设置超声换能器的传统直接甲醇燃料电池，超声换能器通电并产生超声振动，振动频率为40KHz，对供给通道内的燃料进行超声辐射，辐射能量为0.1W/cm2；不设置超声换能器的传统燃料电池作为对比实施例；在其它实验条件不变的情况下测试其稳态放电性能。
参照附图3所示，结论：在对相同负载进行放电实验时，本发明所提出的燃料电池系统能在较长的放电时期内，保持良好的稳态放电性能。

Claims (5)

1.一种直接醇类燃料电池结构，包括燃料供给通道、MEA膜、密封装置、封装外壳，两个燃料供给通道中间夹着MEA膜，通过密封装置进行密封，最后通过封装外壳封装，其特征在于：所述电池内还一体安装有超声波换能器。
2.如权利要求1所述的直接醇类燃料电池结构，其特征在于所述的超声波换能器通过粘附、镶嵌或者埋覆的方式安装在阳极燃料供给通道的隔板、密封装置或封装外壳上。
3.如权利要求1所述的直接醇类燃料电池结构，其特征在于所述的超声波换能器为压电陶瓷片及引出的电极。
4.如权利要求2所述的直接醇类燃料电池结构，其特征在于所述的超声波换能器为压电陶瓷片及引出的电极。
5.如权利要求1或2或3或4所述的直接醇类燃料电池结构，其特征在于所述的直接醇类燃料电池为直接甲醇燃料电池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103633352A (zh) * 2013-11-27 2014-03-12 武汉理工大学 直接醇类燃料电池性能提升方法及其结构
WO2020215641A1 (zh) * 2019-04-22 2020-10-29 南京航空航天大学 超声辅助型燃料电池的工作方法及系统

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