[发明专利]新型直接甲醇燃料电池

说明书

技术领域：

本发明涉及一种接甲醇燃料电池。

背景技术：

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)具有能耗少、能量密度高、甲醇来源丰富、价格便宜、系统简单、运行便捷、噪声低等优点，被认为是未来汽车动力和其它交通工具最有希望的化学电源，引起人们的广泛关注。目前直接甲醇燃料电池发展面临两大关键问题：一是在直接甲醇燃料电池中广泛采用的固体电解质膜是原来设计用于氢氧质子交换膜燃料电池中的Nafion膜，其价格昂贵，并且有明显的甲醇渗漏(crossover)现象，甲醇直接穿透Nafion膜而流失，使甲醇燃料大量损失，DMFC功率密度下降，同时甲醇渗漏到达阴极在阴极上发生反应，导致阴极催化剂中毒而大大缩短电池寿命；二是甲醇在阳极表面氧化速度较慢，氧化过程中产生强烈吸附在阳极表面的羧基物种如CO，毒化电极，使电极活性降低。

国内外研究、应用的直接甲醇燃料电池均使用质子交换膜。质子交换膜在DMFC中一般起导质子、电子作用。

目前质子交换膜的研究大都研究作为质子交换膜的固体电解质膜材料的复合、改性等以提高其导质子能力和降低对甲醇的渗漏。文献[1]以氯磺酸溶液磺化和水解作用下四种单体MeSt，tBuSt，DVB，BVPE聚合形成高化学稳定性的ETFE膜，比Nafion膜对甲醇的渗漏低6倍。文献[2]制备了磺化聚醚砜质子交换膜，对甲醇的渗漏比Nafion 117膜低5-200倍。虽然对甲醇的阻漏性能大大提高，但仍没有完全解决甲醇的渗漏问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能有效解决甲醇在质子交换膜上的渗透问题，不使用质子交换膜，提高直接甲醇燃料电池性能、降低制造成本的新型直接甲醇燃料电池。

本发明的技术解决方案是：

一种新型直接甲醇燃料电池，其特征是：不使用质子交换膜，包括电池外壳，电池外壳中设置外电极，外电极与电池外壳通过焊接点连接，且外电极与电池外壳之间设置空气室，在外电极内侧设置内电极，内电极与外电极之间设置凝胶流动相室，在内电极内侧设置空气室，其中凝胶流动相由下列重量成分的原料制成：

CH₃OH                      5～60％

H₂SO₄                      10～30％

H₂O                        20～60％

杂酸                       3～10％

导电聚合物和/或金属粉末    2～6％

金属有机化合物或金属盐     5～30％。

内电极依次由多孔钛板、阳极催化剂、凝胶流动相、阴极催化剂、扩散层、多孔钛板复合组成；外电极依次由多孔钛板、扩散层、阴极催化剂、凝胶流动相、阳极催化剂、多孔钛板复合组成。

金属有机化合物是钛酸酯类、硅酸酯类，金属盐是硅酸钠。杂酸是全氟磺酸、磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸或磷锡酸。导电聚合物是聚苯胺或聚吡咯，金属粉末是Cu、Ag或Au粉末。

制备凝胶流动相时，以金属有机化合物或金属盐为前驱体，流动相中的甲醇为分散介质，加入硫酸、水，经水解、缩聚反应形成溶胶，并进一步掺杂杂酸、聚合物和/或金属粉末制成凝胶流动相。

本发明以具有较高导质子、电子能力的Gel(凝胶)流动相取代目前普遍使用的硫酸、甲醇液相电解质溶液流动相，可以从根本上解决甲醇渗漏的问题，降低其对直接甲醇燃料电池阴极和阳极催化剂的毒化，可以提高直接甲醇燃料电池的性能；同时由于Gel流动相具有较高的导质子和电子能力，起到了质子交换膜的作用，因此，在新型DMFC中可以不使用质子交换膜，从而简化电池结构，大大降低其成本，可以推动直接甲醇燃料电池的市场化进程。本发明专利首次提出以Gel流动相取代目前普遍使用的硫酸、甲醇液相电解质溶液流动相，且不使用质子交换膜的新型直接甲醇燃料电池，可以作为手机、笔记本电脑、移动电话等便携式装置和摩托车、汽车等的动力电池，实现产业化应用。可以根据实际使用的要求，既可以做成微型燃料电池及电池组，也可以做成大型电燃料电池。根据实际应用需要，电池可制成各种形状。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示图。

图2是外电极的结构示图。

图3是内电极的结构示图。

具体实施方式：