[实用新型]一种直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于清洁能源领域，特别涉及一种直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度控制实用新型装置。

背景技术

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，简称DMFC)是PEMFC的一种，以直接甲醇为阳极燃料，无需将甲醇重整为富氢气体的甲醇重整器装置，具有系统结构简单、体积能量密度高、燃料补充方便等特点，是最适合用于小型电源、车用电源等的燃料电池。它直接用甲醇溶液作为“燃料”发电，反应后的产物只有水，是一种绿色的环保电池。所以直接甲醇燃料电池的研究具有十分重要的意义。

限制直接甲醇燃料电池商业化的一个重要原因是没有完全解决电池中的甲醇渗透问题。甲醇渗透就是甲醇从直接甲醇燃料电池的阳极通过膜扩散到阴极直接与氧气发生反应，甲醇渗透与甲醇的浓度有直接的联系，一般甲醇浓度越高，渗透现象越严重，相反适当的降低甲醇的浓度可以在一定程度上抑制甲醇的渗透。甲醇渗透不仅使甲醇的利用率降低，也使电堆的电压输出不稳定，同时渗透到阴极的甲醇在电堆的阴极产生了大量的热量，使电堆的温度升高，缩短了电池的寿命。

现有的克服甲醇渗透问题的一个方法就是将较低浓度的甲醇溶液供给电堆使用，并将甲醇溶液的浓度维持在一个定值(通常是0.5～2mol/L，浓度依电堆的不同而不同)。甲醇浓度越大，电堆的发电能力越强，控制甲醇浓度在定值没有完全考虑到提高甲醇的利用率，因为例如负载消耗的功率是5-8W，由于浓度不可变，所以甲醇浓度要维持在至少可以使电堆提供8W的值上。我们知道，在一点的浓度范围内，甲醇浓度越高输出功率也会越高，但浓度高不仅会使甲醇渗透现象加重，造成甲醇的浪费，而且也会使电堆过热，导致电堆寿命缩短。那么如果同一个电堆在其它条件都相同的条件下，输出5W时电堆中的浓度一定比输出8W时的浓度要低，所以我们在负载低的时候调低甲醇浓度是一个很好的选择，这样不仅可以降低堆温，还可节省一定的甲醇。

现在一般调节直接甲醇燃料电池系统中输入电堆的甲醇的浓度的方法是给电堆配备一个混合罐，然后通过调节混合罐中的甲醇浓度来实现调节输入电堆的甲醇浓度。输入电堆的甲醇在电堆中反应浓度逐渐降低，同时为了充分利用甲醇以提高系统的甲醇使用效率，反应后的浓度较低的甲醇溶液又被输入混合罐以供继续使用，但是如果没有向这个混合罐中注入纯甲醇，那么混合罐中的甲醇浓度就会逐渐降低，所以必须用一个微型泵向混合罐输入纯甲醇来控制混合罐中的甲醇浓度，由于电堆的消耗的甲醇速率很小(以东芝开发的一款笔记本用的直接甲醇燃料电池为例，100mL的甲醇可以用10小时，也就是说平均每分钟的纯甲醇消耗量不足0.2mL)，所以所选用的微型泵的流量和精度必须很高，但是通常微型泵的最小流量和精度越高，价格也就越贵，所以通常是使用一个最低流量不是很小的微型泵以时开时关的方式向混合罐中输入甲醇。但是以时开时断的方式向混合罐补充甲醇的缺点是要求所使用的甲醇混合罐体积要足够的大，而且也不容易及时地跟据负载大小以及电堆的运行状态调节输入电堆的甲醇的浓度，例如当负载变小时，需要的甲醇浓度变低，那只能停止向混合罐中供应甲醇，但是由于混合罐的体积一般较大，甲醇的浓度不可能降的很快。

发明内容

本实用新型的目的提供一种直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度控制装置。

本实用新型的特征在于：

上筒和下筒，两者轴向平行且桶壁上下相互嵌接，在该嵌接处开有若干个细孔，在细孔中填充聚四氟乙烯16，上筒的外筒壁15从导管14输入纯甲醇3，下筒的一端与外部的一个液泵7相连；

传动机构，含有齿轮20、一端上方带有齿条的传动杆22、电机21和活塞17，其中，齿轮20和传动杆22啮合，活塞17与所述传动杆22中的另一端相连，电机21带动齿轮20通过传动杆22引导活塞17在外筒内沿桶壁作水平方向的往复运动，电机21的转向、转述与位于甲醇流向上的甲醇传感器9检测到的甲醇浓度、电堆期望的输入甲醇浓度两者相比较的值相关；

固定套19，通过固定杆18固定在下桶的外筒壁24上，所述传动杆22轴相地从固定套19中滑动穿过。

本实用新型的有益效果：本发明利用物质对不同液体具有不同吸收能力的特性，设计了一种适合于直接醇类电池的可以及时的跟据负载大小和电堆运行状态的浓度控制系统，该方法具有不需要使用昂贵的高精度的液泵的特点，成本低，结构简单，制造和维护成本低。

附图说明