CN204991853U - 用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板 - Google Patents
用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204991853U CN204991853U CN201520726124.8U CN201520726124U CN204991853U CN 204991853 U CN204991853 U CN 204991853U CN 201520726124 U CN201520726124 U CN 201520726124U CN 204991853 U CN204991853 U CN 204991853U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- porous flow
- hydrophobic porous
- methanol fuel
- fuel cell
- super
- 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
Links
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用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板,所述超疏水多孔流场板分别设置在直接甲醇燃料电池阴极侧集电板中间的镂空部和阳极侧集电板中间的镂空部,其疏水表面的去离子水稳定接触角大于155°,孔隙率为70%~80%,厚度为1~3mm。本实用新型能够实现阳极侧直接阻碍甲醇穿透,阴极侧实现“水反补”,使得阴极侧产生的水能够反补会阳极侧,防止“水淹”,间接阻碍甲醇穿透,从而提高电池性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及被动式甲醇燃料电池技术领域,特别涉及一种用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板。
背景技术
当下,能源危机越来越严重,且传统的化学能源存在环境污染大、能源利用率低等弊病,在此种背景下,燃料电池显示出其特有的优势:环保、清洁,而且能够直接将化学能源源不断的转化为电能。然而在直接甲醇燃料电池中,同样存在着由甲醇穿透引起的阳极侧“中毒”、由水穿透引起的阴极“水淹”以及蒸汽式电池中的“阳极缺水”等问题。多孔金属材料的毛细力能够实现对液态直接甲醇燃料电池燃料的合理分布、适当供给,也能够有效缓解电池“阴极侧”因水淹而带来的影响,同时超疏水多孔材料应用于蒸汽式直接甲醇燃料电池的阴极侧时,能够实现“水反补”的作用,使得阴极侧产生的水反补回阳极侧,提高电池性能。
超疏水材料的去离子水稳定接触角大于155°,现有的制备超疏水铜表面的方法很多,如电沉积法、氟化法,等离子表面处理等。这些方法大多比较繁琐、费事,设备昂贵。其中,通过碱辅助表面氧化和低表面能溶液修饰工艺制备超疏水铜表面的方法相比于其他方法具有简单、高效、低成本等优点,然而其存在超疏水铜表面层结合强度不足,容易脱落的缺点,限制了其在电池装配及使用过程中的应用。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺点和不足,本实用新型公开了一种用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板,超疏水多孔流场板以多孔铜材料-铜纤维毡作为基体,所述超疏水多孔流场板在传统的碱辅助表面氧化工艺和低表面能溶液修饰工艺之间引入固相烧结工艺,相比于传统碱辅助表面氧化后低表面能溶液修饰工艺制备的结构,固相烧结增强了超疏水表面结构与基体的结合强度,可有效防止超疏水层的脱落,而且该方法制作过程简单、高效、成本低廉,有利于其在被动式液态和气态直接甲醇燃料电池中的应用。
本实用新型提供的用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板技术方案如下:
一种用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板,所述超疏水多孔流场板分别设置在直接甲醇燃料电池阴极侧集电板中间的镂空部和阳极侧集电板中间的镂空部,其疏水表面的去离子水稳定接触角大于155°,孔隙率为70%~80%,厚度为1~3mm。
进一步地,所述超疏水多孔流场板的材料为铜纤维。
进一步地,所述铜纤维的直径为100~300um。
相比现有技术,本实用新型的有益效果是:能够实现阳极侧直接阻碍甲醇穿透,阴极侧实现“水反补”,使得阴极侧产生的水能够反补会阳极侧,防止“水淹”,间接阻碍甲醇穿透,从而提高电池性能。
附图说明
图1是装有超疏水多孔流场板的直接甲醇燃料电池的装配示意图。
图中1-阴极端盖,2-硅胶垫片,3-集电板,4-聚四氟乙烯垫片,5-质子交换膜,6-超疏水多孔流场板,7-阳极燃料腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述,实施例不再在此一一赘述,但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。
实施例一
如图1所示,一种用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板,所述超疏水多孔流场板6分别设置在直接甲醇燃料电池阴极侧集电板3中间的镂空部和阳极侧集电板3中间的镂空部,其疏水表面的去离子水稳定接触角大于155°,孔隙率为70%~80%,厚度为1~3mm。
所述超疏水多孔流场板的材料为铜纤维,其直径为100~300um。
如图1所示,直接甲醇燃料电池依次由阴极端盖1、硅胶垫片2、集电板3、聚四氟乙烯垫片4、质子交换膜5、聚四氟乙烯垫片4、集电板3、硅胶垫片2、阳极燃料腔7组成,所述超疏水多孔流场板6分别设置在直接甲醇燃料电池阴极侧集电板3中间的镂空部和阳极侧集电板3中间的镂空部,所述超疏水多孔流场板6应用于直接甲醇燃料电池阴极或阳极侧,以增加质子交换膜5两端的水力差。
阴极侧集电板3的超疏水多孔流场板6可以将阴极反应产生的水受迫反补到阳极侧参与阳极电极反应,同时在阳极侧集电板3的超疏水多孔流场板6防止阳极侧水分的流失。具体的工作原理为:在阴极侧,空气通过阴极端盖1进入到超疏水多孔流场板6,到达质子交换膜5的电极区域反应,阴极反应产物水在超疏水多孔流场板6的疏水作用下,使得水不能排出,并不断蓄积,蓄积水在超疏水多孔流场板6的排斥作用下,被迫向阳极区水浓度低的区域扩散,而参与阳极区的电极反应,从而实现阴极水反补,同时水的反补运动可以抑制阳极甲醇向阴极区穿透,对提高电池的输出性能,提高燃料利用率具有促进作用,所述阴极侧集电板3的超疏水多孔流场板6能够防止阳极水分流失,为阳极侧的反应提供必要的水份,保证电极反应的顺畅进行。
实施例二
一种如所述的超疏水多孔流场板的制备方法,包括如下步骤:
步骤1、铜纤维毡表面的预处理:将制备好的铜纤维毡依次浸入浓度为120g/L的NaOH溶液中碱洗30s和质量分数为5wt%的HCl溶液中酸洗30s,最后用去离子水清洗干净,空气中风干;
步骤2、碱辅助表面氧化工艺:将步骤1清洗后的铜纤维毡浸泡在浓度为2mol/L的NaOH和浓度为0.1mol/L的K2S2O8的去离子水溶液中沉积1h,反应结束后取出,采用去离子水清洗干净,空气中风干;
步骤3、固相烧结工艺:将经过步骤2处理后的铜纤维毡放入具有氢气保护的KBF16Q气氛炉中,在450℃下保温1h;
步骤4、低表面能溶液修饰工艺:将步骤3烧结后的铜纤维毡浸泡在浓度为0.005mol/L的硬脂酸乙醇溶液中修饰1天,修饰结束后取出,采用丙酮试剂清洗干净,然后空气中风干,得到表面生长出具有颗粒状、灌木状、绒毛状相间分布的复合微-纳结构的超疏水铜纤维毡。
本实施例中,所述具有超疏水表面的铜纤维毡在功率为50W/40KHz的超声波仪器中振动5min后,铜纤维毡表面超疏水层结构稳定无脱落现象,去离子水稳定接触角仍然大于155°。
实施例三
一种如所述的超疏水多孔流场板的制备方法,包括如下步骤:
步骤1、铜纤维毡表面的预处理:将制备好的铜纤维毡依次浸入浓度为120g/L的NaOH溶液中碱洗3min和质量分数为5wt%的HCl溶液中酸洗3min,最后用去离子水清洗干净,空气中风干;
步骤2、碱辅助表面氧化工艺:将步骤1清洗后的铜纤维毡浸泡在浓度为3mol/L的NaOH和浓度为0.2mol/L的K2S2O8的去离子水溶液中沉积5min,反应结束后取出,采用去离子水清洗干净,空气中风干;
步骤3、固相烧结工艺:将经过步骤2处理后的铜纤维毡放入具有氩气保护的KBF16Q气氛炉中,在500℃下保温2h;
步骤4、低表面能溶液修饰工艺:将步骤3烧结后的铜纤维毡浸泡在浓度为0.01mol/L的硬脂酸乙醇溶液中修饰3d,修饰结束后取出,采用丙酮试剂清洗干净,然后空气中风干,即得到有超疏水微-纳阶层复合结构的超疏水铜纤维毡。
本实施例中,所述具有超疏水表面的铜纤维毡在功率为50W/40KHz的超声波仪器中振动5min后,铜纤维毡表面超疏水层结构稳定无脱落现象,去离子水稳定接触角仍然大于155°。
实施例四
一种如所述的超疏水多孔流场板的制备方法,包括如下步骤:
步骤1、铜纤维毡表面的预处理:将制备好的铜纤维毡依次浸入浓度为120g/L的NaOH溶液中碱洗5min和质量分数为5wt%的HCl溶液中酸洗5min,最后用去离子水清洗干净,空气中风干;
步骤2、碱辅助表面氧化工艺:将步骤1清洗后的铜纤维毡浸泡在浓度为1mol/L的NaOH和浓度为0.05mol/L的K2S2O8的去离子水溶液中沉积0.5h,反应结束后取出,采用去离子水清洗干净,空气中风干;
步骤3、固相烧结工艺:将经过步骤2处理后的铜纤维毡放入具有氮气保护的KBF16Q气氛炉中,在300℃下保温0.5h;
步骤4、低表面能溶液修饰工艺:将步骤3烧结后的铜纤维毡浸泡在浓度为0.001mol/L的硬脂酸乙醇溶液中修饰12天,修饰结束后取出,采用丙酮试剂清洗干净,然后空气中风干,即得到有超疏水微-纳阶层复合结构的超疏水铜纤维毡。
本实施例中,所述具有超疏水表面的铜纤维毡在功率为50W/40KHz的超声波仪器中振动5min后,铜纤维毡表面超疏水层结构稳定无脱落现象,去离子水稳定接触角仍然大于155°。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例,而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板,其特征在于:所述超疏水多孔流场板(6)分别设置在直接甲醇燃料电池阴极侧集电板(3)中间的镂空部和阳极侧集电板(3)中间的镂空部,其疏水表面的去离子水稳定接触角大于155°,孔隙率为70%~80%,厚度为1~3mm。
2.根据权利要求1所述的用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板,其特征在于:所述超疏水多孔流场板的材料为铜纤维。
3.根据权利要求2所述的用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板,其特征在于:所述铜纤维的直径为100~300um。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201520726124.8U CN204991853U (zh) | 2015-09-20 | 2015-09-20 | 用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201520726124.8U CN204991853U (zh) | 2015-09-20 | 2015-09-20 | 用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN204991853U true CN204991853U (zh) | 2016-01-20 |
Family
ID=55126188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201520726124.8U Expired - Fee Related CN204991853U (zh) | 2015-09-20 | 2015-09-20 | 用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN204991853U (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105304916A (zh) * | 2015-09-20 | 2016-02-03 | 华南理工大学 | 用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板及其制备方法 |
CN109950568A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-28 | 哈尔滨工业大学 | 用于水收集及输运的直接甲醇燃料电池双层阴极结构 |
CN110088956A (zh) * | 2016-12-22 | 2019-08-02 | 莱茵兹密封垫有限公司 | 用于电化学系统的分离器板 |
-
2015
- 2015-09-20 CN CN201520726124.8U patent/CN204991853U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105304916A (zh) * | 2015-09-20 | 2016-02-03 | 华南理工大学 | 用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板及其制备方法 |
CN110088956A (zh) * | 2016-12-22 | 2019-08-02 | 莱茵兹密封垫有限公司 | 用于电化学系统的分离器板 |
CN110088956B (zh) * | 2016-12-22 | 2022-11-08 | 莱茵兹密封垫有限公司 | 用于电化学系统的分离器板 |
CN109950568A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-28 | 哈尔滨工业大学 | 用于水收集及输运的直接甲醇燃料电池双层阴极结构 |
CN109950568B (zh) * | 2019-04-22 | 2020-07-14 | 哈尔滨工业大学 | 用于水收集及输运的直接甲醇燃料电池双层阴极结构 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105304916A (zh) | 用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板及其制备方法 | |
CN103337639A (zh) | 碳纳米管阵列/碳纤维织物一体化三维多孔空气电极的制备方法 | |
CN102738298B (zh) | 一种太阳能电池光阳极的微纳复合结构及其制备方法 | |
CN103046088A (zh) | 一种微纳米复合多孔铜表面结构及其制备方法与装置 | |
CN105576255B (zh) | 一种高功率密度pemfc电堆专用极板制造方法 | |
CN204991853U (zh) | 用于直接甲醇燃料电池的超疏水多孔流场板 | |
CN203080093U (zh) | 一种制备微纳米复合多孔铜表面结构的电沉积装置 | |
CN106784745A (zh) | 钠离子电池用四氧化三钴碳纳米纤维的电纺丝制备方法 | |
CN107507983A (zh) | 一种疏水性梯度变化的扩散层及其制备方法与应用 | |
CN110190286A (zh) | 一种基于原位生长的垂直石墨烯-铜箔复合集流体及其制备方法 | |
CN106505200A (zh) | 碳纳米管/石墨烯/硅复合锂电池负极材料及其制备方法 | |
CN110444791A (zh) | 催化剂涂覆膜、燃料电池及制备方法 | |
CN106450258A (zh) | 一种氧化钒与硬碳纤维布复合电极材料的制备方法 | |
CN110112007A (zh) | 一种豌豆荚状碳包覆过渡金属硫化物复合电极材料的制备方法 | |
CN109904390A (zh) | 一种金属锂/镀镍碳布复合负极的制备方法 | |
CN206422153U (zh) | 用于直接甲醇燃料电池的亲疏水复合流场板 | |
CN105070508A (zh) | 一种利用蛋壳膜制备的染料敏化太阳能电池对电极材料及方法 | |
CN108806995B (zh) | 一种g-C3N4@NiCo2O4核壳结构的制备方法 | |
CN103367768A (zh) | 一种制备质子交换膜燃料电池双层催化层结构的方法 | |
CN105734831A (zh) | 一种纳米碳纤维毡及其制备和在全钒液流电池中的应用 | |
CN105932313B (zh) | 用于直接甲醇燃料电池的亲疏水复合流场板及其制备方法 | |
CN109065833B (zh) | 一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法 | |
CN109428088A (zh) | 一种高活性碳纤维毡电极材料及其制备方法和应用 | |
CN104752704B (zh) | 一种利用离子液体电沉积制备多孔锗的方法 | |
CN104466103B (zh) | PEO包覆的中空Sn‑Ni合金纳米线阵列、其制备方法及其应用 |
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 | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160120 Termination date: 20180920 |