CN206340609U - 一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池 - Google Patents

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周明强
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Abstract

本实用新型公开了一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，包括蒸发室，所述蒸发室与重整室相连，所述重整室与高温燃料电池电堆相连，所述高温燃料电池电堆设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极之间设有质子交换膜；本实用新型的优点在于：不但将甲醇中携带的氢能量转换为电能，同时将水中含有的氢能转化为电能，实现水中能量的提取与利用；热量效用无浪费，能够进行循环利用，提高了制氢效率和甲醇转化率。

Description

一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池
技术领域
本实用新型涉及一种甲醇燃料电池，具体地说是一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，属于甲醇燃料电池领域。
背景技术
燃料电池技术是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电技术。燃料电池这种高效、清洁的能量转化装置得到了各国政府、部队及研究机构的普遍重视。由于燃料电池具有的低红外辐射、低污染、低噪音的特点，燃料电池技术在军用领域展现出广阔的应用前景。传统的质子交换膜燃料电池（PEMFC）以氢气作为能量来源，工作温度一般不高于80℃。然而该技术目前受限于氢气难于提纯、储存、运输和能量密度低的特点，难以适应高强度军事活动的要求。区别于上述传统的质子交换膜燃料电池，甲醇氢燃料电池（MFC）的工作原理是通过将甲醇重整后得到氢气，再直接提供给燃料电池以产生电能的技术。由于采用高温质子交换膜燃料电池技术，燃料电池运行温度在100℃以上，燃料电池中的催化剂对氢气中一氧化碳的抗中毒能力增强，因此甲醇重整得到的氢气可以不经过任何处理，直接提供给燃料电池从而得到所需的电能，从而可以避免使用纯氢燃料电池所需解决的氢气的提纯、存储、运输及其他一系列的问题。
甲醇水蒸气重整制氢微反应器具有诸多优点，但它仍属于技术初级阶段，各项技术均不太成熟，甲醇转化率较低，氢气产量不高，流体分布不均匀，能效利用的连续性，提供能源的稳定性等问题依然阻碍着甲醇水蒸气重整制氢燃料电池的进步和发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，设计了一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，不但将甲醇中携带的氢能量转换为电能，同时将水中含有的氢能转化为电能，实现水中能量的提取与利用；热量效用无浪费，能够进行循环利用，提高了制氢效率和甲醇转化率。
本实用新型的技术方案为：
一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，包括蒸发器，所述蒸发器与重整室相连，所述重整室与高温燃料电池电堆相连，所述高温燃料电池电堆设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极之间设有质子交换膜。
进一步地，所述蒸发器设有甲醇水溶液进料口，所述蒸发器内部设有多层蒸发板，每层所述蒸发板上开有板孔，蒸发后的甲醇和水混合蒸汽通过蒸发板的板孔进入与所述蒸发器紧密相连的重整室。
进一步地，所述重整室与所述蒸发器紧密连接，所述重整室设有气体出料口，重整后的H2、CO2、微量CO、水蒸气进入所述高温电池电堆进行反应。所述重整室内设有金属载体，所述金属载体可为铜锌基材制作的多孔板，表面涂覆催化剂。
进一步地，所述高温燃料电池电堆由多个单电池板组成，所述单电池板为多层结构，从左到右依次为阳极板、阳极扩散层、质子交换膜、阴极催化层、阴极板。该燃料电池温度控制在150-200摄氏度之间，属于高温燃料电池。氢气经由极板流场经催化反应电离生成H＋和电子，H＋经质子交换膜传递至电池阴极侧，产生的电子由导电物质，经外电路送至阴极；与此同时，氧气经由阴极板流场，在阴极催化层中与阳极生成并传递至电池阴极侧的H＋及电子反应生成水。高温电堆反应过程中产生的热量，导回蒸发器为甲醇水蒸发提供能量。
本实用新型的优点在于：不但将甲醇中携带的氢能量转换为电能，同时将水中含有的氢能转化为电能，实现水中能量的提取与利用；热量效用无浪费，能够进行循环利用，提高了制氢效率和甲醇转化率。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
如图1所示，一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，包括蒸发器，所述蒸发器与重整室相连，所述重整室与高温燃料电池电堆相连，所述高温燃料电池电堆设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极之间设有质子交换膜。
所述蒸发器设有甲醇水溶液进料口，所述蒸发器内部从进口起依次设有多层蒸发板，每层所述蒸发板上开有板孔，蒸发后的甲醇和水混合蒸汽通过蒸发板的板孔进入与所述蒸发器紧密相连的重整室。
所述重整室与所述蒸发器紧密连接，所述重整室设有气体出料口，重整后的H2、CO2、微量CO、水蒸气通过通道进入所述高温电池电堆进行反应。所述重整室内由入口到出口依次设有带有催化剂的金属载体，所述金属载体可为铜锌基材制作的多孔板，表面涂覆催化剂。
所述高温燃料电池电堆由多个单电池板组成，所述单电池板为多层结构，从左到右依次为阳极板、阳极扩散层、质子交换膜、阴极催化层、阴极板。该燃料电池温度控制在150-200摄氏度之间，属于高温燃料电池。氢气经由极板流场经催化反应电离生成H＋和电子，H＋经质子交换膜传递至电池阴极侧，产生的电子由导电物质，经外电路送至阴极；与此同时，氧气经由阴极板流场，在阴极催化层中与阳极生成并传递至电池阴极侧的H＋及电子反应生成水。高温电堆反应过程中产生的热量，导回蒸发器为甲醇水蒸发提供能量。

Claims (5)

1.一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，其特征在于：包括蒸发器，所述蒸发器与重整室相连，所述重整室与高温燃料电池电堆相连，所述高温燃料电池电堆设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极之间设有质子交换膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，其特征在于：所述蒸发器设有甲醇水溶液进料口，所述蒸发器内部设有多层蒸发板，每层所述蒸发板上开有板孔。
3.根据权利要求2所述的一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，其特征在于：所述重整室与所述蒸发器紧密连接，所述重整室设有气体出料口。
4.根据权利要求3所述的一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，其特征在于：所述重整室内设有金属载体，所述金属载体可为铜锌基材制作的多孔板，表面涂覆催化剂。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于重整和电堆一体化能效利用的甲醇燃料电池，其特征在于：所述高温燃料电池电堆由多个单电池板组成，所述单电池板为多层结构，从左到右依次为阳极板、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极板。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109860659A (zh) * 2019-01-21 2019-06-07 西安交通大学 一种燃料供给自驱动直接甲醇燃料电池及其工作方法

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