[发明专利]一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池

说明书

本发明公开了一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，包括电池壳体，固定在所述电池壳体上将所述内腔分割为甲醇燃料腔和蒸汽腔的渗透汽化膜，所述蒸汽腔的上方由下至上依次层叠设置有阳极流场板、膜电极、阴极流场板，所述电池壳体的开口端绝缘地设置有压覆在阴极集电板上的空心盖板，所述阳极流场板与膜电极的阳极侧之间设置有具有亲水性质的亲水多孔板，所述膜电极的阴极侧与阴极流场板之间设置有具有疏水性质的疏水多孔板。本发明既保证甲醇的持续汽化供料，又能在促进阴极水反补到阳极参与反应的同时，抑制甲醇穿透，保证电池输出性能的前提下，有效提高电池能量密度，实现电池高浓度甲醇甚至纯甲醇供料，大幅延长电池的工作时间。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体是一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池。

背景技术

蒸汽被动式直接甲醇燃料电池(V-DMFC)因为其更高的能量密度、更弱的甲醇穿透现象、延长的工作时间，具有更广泛的开发和研究价值，但是V-DMFC的蒸汽供给方式以及合理的管理方法成为抑制V-DMFC整体性能提高的关键因素，特别是对于实现V-DMFC的纯甲醇供料，这一点显得尤为重要。

目前为V-DMFC提供甲醇蒸汽的方法主要是依靠加热液态甲醇燃料，产生高温高压的甲醇蒸汽，但是高温甲醇蒸汽参与反应时导致质子交换膜的通透性增强，从而导致更严重的甲醇穿透现象和燃料浪费；而常温状态下依靠渗透气化技术获得的甲醇蒸汽往往浓度太低，会造成较为严重的浓差极化，阻碍了电池性能的提高，而且渗透汽化技术得到的气态燃料存在甲醇含量明显大于水含量的问题，使得反应物浓度比例失衡，难以维持电池高效工作。而对于纯甲醇燃料供给，渗透汽化得到高浓度的甲醇蒸汽，不仅会造成严重的甲醇穿透现象，而且得到的甲醇蒸汽会存在饱和现象，导致甲醇蒸汽分压偏低，形成严重的浓差极化现象。

发明内容

为提高蒸汽供给被动式直接甲醇燃料电池的能量密度，实现电池的纯甲醇供料，延长电池的工作时间，本发明采用渗透汽化膜作为电池的甲醇蒸汽供给工作原件，实现常温状态下的蒸汽供给；通过阳极集电板和亲水模块的组合，实现阳极蒸汽燃料的管理，在亲水模块的毛细吸水作用下，将甲醇蒸汽吸附于该模块的毛细微孔内部，保证渗透汽化模块的持续工作，同时提高参与反应的甲醇量，而且，亲水模块的多孔组织可以有效提高其阻醇性能，抑制甲醇穿透；通过阴极集电板和疏水模块的组合，实现阴极产物的水的反补到阳极参与阳极电极反应，该模块成为纯甲醇供料实现的关键。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，包括具有开口内腔的电池壳体，固定在所述电池壳体上将所述内腔分割为甲醇燃料腔和蒸汽腔的渗透汽化膜，所述蒸汽腔的上方由下至上依次层叠设置有阳极流场板、膜电极、阴极流场板，所述膜电极的阴极侧与固定在电池壳体上的阴极集电板电路连接，所述膜电极的阳极侧与固定在电池壳体上的阳极集电板电路连接，所述电池壳体的开口端绝缘地设置有压覆在阴极集电板上的空心盖板，所述阳极流场板与膜电极的阳极侧之间设置有具有亲水性质的亲水多孔板，所述亲水多孔板的亲水面与膜电极的阳极侧的扩散层相接处；所述膜电极的阴极侧与阴极流场板之间设置有具有疏水性质的疏水多孔板，所述疏水多孔板的疏水面与膜电极的阴极侧的扩散层相接触。

进一步地，所述亲水多孔板为由金属粉末烧结而成的多孔金属板，其孔隙率为60%-90%厚度为1~3mm。

进一步地，所述的金属粉末为铜粉或不锈钢粉。

进一步地，所述金属粉末粒径为75~125μm。

进一步地，所述疏水多孔板为由金属纤维烧结而成的多孔金属板经表面疏水处理而成，其孔隙率为70%~80%，厚度为1~3mm。

进一步地，所述的金属纤维为铜纤维或不锈钢纤维。

进一步地，所述金属纤维的直径为100~300um。