[发明专利]一种基于超声的主被混合型DMFC燃料供给装置

说明书

本发明提供一种基于超声的主被混合型DMFC燃料供给装置，包括电池阳极燃料供给系统和电池阴极供氧系统，其中电池阳极燃料供给系统包括燃料储存腔、棉芯、超声雾化器、隔离板和雾化腔，电池阴极供氧系统包括从下到上依次设置的直接甲醇燃料电池质子交换膜、阴极集电极和阴极流场通道板，本装置通过特有结构能够实现甲醇溶液的自呼吸供给，在经过超声雾化片雾化后，于雾化腔的入口处获得分散均匀的甲醇燃料，雾化后的甲醇燃料通过雾化腔自然扩散至燃料电池的阳极，得到一种高性能的直接甲醇燃料电池供给系统。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种自呼吸方式的直接甲醇燃料电池供给系统。

背景技术

燃料电池具有高效能、低噪声、无污染、可靠性高等优点，受到人们的广泛关注。直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种。燃料电池中质子交换膜两侧分别发生氧化还原反应时会有甲醇渗透的现象，少部分阳极的甲醇会通过质子交换膜到达电池的阴极，在阴极发生电化学氧化，与氧气的电化学还原形成短路，产生混合电位，降低开路电压，从而降低了燃料电池的性能。为了解决这一问题，许多的技术方案被提出，其中超声雾化供给方式能够有效缓解甲醇渗透问题并且不会降低电池的能量密度。

目前直接甲醇燃料电池领域中甲醇溶液的供给多采用蠕动泵或机械的方式进行较为持久的燃料供给，然后再通过输送管道直接通向直接甲醇燃料电池的阳极，甲醇溶液通过蛇形流场的过程中不断被消耗，最终排出电池外成为废液。对于一般的液态供给方式，电池的性能很容易受溶液流动速度以及流场结构的影响，这种传统的燃料供给方式只能保证甲醇燃料按照一定的速率进入电池，对于电池流场中局部区域的均匀性无法保证，而且甲醇溶液会影响阳极二氧化碳的排出不利于反应的进行。

针对传统供给方式存在的一些不足之处，自呼吸式供给方式可以很好地保证和控制燃料的输送速率，棉芯具有毛细吸管的作用，可以将燃料储存箱中的甲醇溶液吸附于孔隙中，同时也能够将燃料电池阴极产生的废液及时吸出让氧气避免废液的阻挡，提高燃料及氧气供给效率，无需外部供给装置及电源，极大地节约供给过程中的能源消耗，简化供给的结构。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题，提供一种基于超声的主被混合型DMFC(直接甲醇燃料电池)燃料供给装置，采用自呼吸的方式减少电池因供给燃料带来的能源消耗。采用超声雾化供给的方式提高燃料供给的均匀程度，使甲醇燃料供给均匀可控，减少甲醇渗透，提高直接甲醇燃料电池的性能。

采用的技术方案如下：

一种基于超声的主被混合型DMFC燃料供给装置，包括电池阳极燃料供给系统和电池阴极供氧系统，其特征在于：所述电池阳极燃料供给系统包括燃料储存腔、棉芯、超声雾化器、隔离板和雾化腔，所述燃料储存腔为位于装置底部开设的腔体，用于储存甲醇溶液，棉芯下端沉浸在燃料储存腔内部溶液中，棉芯上端穿过燃料储存腔上部盖板后与超声雾化器中部的超声雾化片下侧紧密接触，所述超声雾化片上侧与雾化腔内部连通，雾化腔上端与直接甲醇燃料电池的阳极相通；

所述电池阴极供氧系统包括从下到上依次设置的直接甲醇燃料电池质子交换膜、阴极集电极和阴极流场通道板，所述质子交换膜、阴极集电极以及催化剂构成了燃料电池的MEA膜，质子交换膜上紧密贴合有一层微孔碳布，微孔碳布内孔隙用于收集并扩散出阴极反应所产生的水，同时为空气中的氧气提供运输通道，阴极集电极收集燃料电池产生的电荷，装置中阴极产生的废水以及阳极流出来的燃料废液从阳极流场通道板上的燃料废液出口排出。

所述超声雾化器由超声雾化片和频率匹配器两部分组成，频率匹配器外接低压电源放置在装置外部，超声雾化片放置在装置内部通过导线与频率匹配器连接。

所述超声雾化片由两块隔离板上下夹持后固定于燃料储存腔上方，超声雾化片包括雾化片外壳，设置在外壳内的压电陶瓷片、以及设置在压电陶瓷片中部的微孔雾化片，雾化片外壳一侧开设有凹槽缺口作为雾化片的电源接口。