[实用新型]用于直接甲醇燃料电池的亲疏水复合流场板

说明书

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亲疏水复合流场板。

背景技术

直接甲醇燃料电池凭借其在电化学转化过程中具有不需要重整，能量密度高，操作环境温和，结构紧凑等等优越性，引起了世界各地研究人员的广泛关注，投入了大量的研究工作。一般的，直接甲醇燃料电池可以分为主动式和被动式直接甲醇燃料电池。主动式直接甲醇燃料电池运用泵及气体压缩机为电池提供甲醇燃料及氧气，被动式直接甲醇燃料电池利用扩散及自然对流，为电池运输燃料及氧气。

众所周知，甲醇穿透的存在是抑制直接甲醇燃料电池发展的重要瓶颈，由于穿透的甲醇直接与阴极的氧气发生反应产生混合电位，甲醇穿透不可避免的导致电压损失，同时造成了燃料的损耗。在直接甲醇燃料电池真正应用到现实生活中之前，甲醇穿透这个问题必须得到解决。为此不少学者从改善流场板结构入手，设计合理的流场板结构，提高阻醇能力及产物二氧化碳的排放能力。传统的流场板结构有排孔状，栅状等，然而这类流场板对阻醇能力的提高十分有限，有学者采用纤维毡做为甲醇燃料电池的阻醇层，提高了甲醇燃料电池的甲醇溶液最优浓度，对提高电池能量比具有积极作用，然而，在高电流工作条件下，阳极产生大量气泡需要穿过纤维毡排除，这不可避免堵塞甲醇的传递通道，使得在阳极易出现甲醇饥饿现象，限制了甲醇燃料电池性能的进一步提升。为此能否设计出一款可实现甲醇溶液与二氧化碳流动通道相互分离的流场板是及其重要的。

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亲疏水复合流场板法，亲疏水复合流场板以多孔铜材料-铜粉烧结平板作为基体，所述铜粉烧结平板通过设计相应凸模石墨模具，通过烧结直接形成带二维度渐扩型的的梯形槽道。进一步对流场板进行碱辅助表面氧化工艺和低表面能溶液修饰工艺，使其达到疏水性能，防止超疏水层的脱落，引入固相烧结工艺，增强了超疏水表面结构与基体的结合强度，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。进一步，需要将流场板两侧平面疏水层结构破坏，构建亲水层，为此，采用负重在砂纸上打磨的工艺，定量打磨。

本实用新型提供的用于直接甲醇燃料电池的亲疏水复合流场板技术方案如下：

一种用于直接甲醇燃料电池的亲疏水复合流场板，设置在直接甲醇燃料电池阳极侧集电板中间的镂空部，所述亲疏水复合流场板单侧均匀间隔地开有若干二维度渐扩型梯形槽道，所述槽道的内表面设置有疏水层，其余表面设置有亲水层，以实现水气分流的功能，所述的梯形槽道为二维度渐扩型，沿槽道横向及径向尺寸递增，对促进气体排放具有积极作用。

进一步地，所述槽道为沿流场板宽与高方向尺寸逐渐增大的二维度渐扩型槽道。

进一步地，所述槽道的横截面为等腰梯形。

进一步地，所述疏水层接触角在150°以上。

进一步地，所述亲疏水复合流场板的孔隙率为70%~80%。

相比现有技术，本实用新型的有益效果是：二维度渐扩型流场槽道可实现液气分离，有利于产物二氧化碳的排出。其原因在于亲疏水复合的结构有利于分离水气流通通道，强化产物二氧化碳聚集在渐扩型槽道内并排出，为实现甲醇连续不断地补给提供了积极的方向。

附图说明

图1为亲疏水复合流场板示意图。

图2为亲疏水复合流场板和集电板装配示意图。

图3是用于装配亲疏水复合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-阴极集电板，3-聚四氟乙烯垫片，4-硅胶垫片，5-质子交换膜，6-阳极集电板，7-阳极燃料腔，8-槽道。

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和图2所示，一种用于直接甲醇燃料电池的亲疏水复合流场板，设置在直接甲醇燃料电池阳极侧集电板6中间的镂空部，所述亲疏水复合流场板单侧均匀间隔地开有七条二维度渐扩型等腰槽道8，所述槽道8沿流场板宽与高方向尺寸逐渐增大，且其横截面为等腰梯形。所述槽道8的内表面设置有疏水层，其余表面设置有亲水层。所述疏水层接触角在150°以上。所述亲疏水复合流场板的孔隙率为70%~80%，该流场板尺寸为30mm×30mm×2mm，其梯形槽道8设计为双维度渐扩型，七条槽道8均布在流场板一侧。

所述超疏水多孔流场板的材料为雾化树枝状铜粉以及自制铜屑。