[发明专利]低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法

说明书

本发明公开一种低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法，甲醇蒸发区内分别设置有多条甲醇蒸发管路和多条二氧化碳流路，分别独立设置甲醇输送管路和二氧化碳流路，阳极产物二氧化碳产生后直接通过二氧化碳流路排出，减少了二氧化碳与甲醇蒸气掺混，提高了甲醇蒸气的利用率，同时利于二氧化碳收集利用。甲醇蒸气产生后直接进入膜电极参与反应，降低了额外功耗；从甲醇流入至二氧化碳排出整体过程形成稳定的流路，这种燃料自流通结构很大程度上解决了甲醇蒸气浓度不均匀、甲醇反应不充分、甲醇二氧化碳掺混等问题，使电池反应更加稳定高效。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池具有结构简单、常温工作、系统体积比能量高、燃料方便储运等优势，被认为最有希望应用于电子产品的移动电源之一，在通信、交通和国防等领域有着广泛的应用前景，因此成为国内外众多学者研究的热点。目前直接甲醇燃料电池的研究大多集中在以液态甲醇作为燃料的领域，但由于甲醇燃料电池燃料供给大多需要和水混合，这使得其燃料的能量密度降低，同时在运行过程中存在着严重的甲醇穿透问题，在造成大量原料浪费的同时，降低了能量利用率，严重减弱了电池的性能，这为甲醇燃料电池性能的提升带来了很大的困难。

研究表明，甲醇通过蒸气形式参与燃料电池反应能够很好的降低甲醇穿透并进一步提升甲醇的利用效率。但是以甲醇蒸气作为燃料的电池在工作过程中，往往存在阳极侧甲醇浓度分布不均、甲醇反应不充分、二氧化碳排出困难等问题，这大大影响了燃料电池的工作效率。

因此，针对上述甲醇燃料电池低效率、难分配、易掺混等问题，一种运行高效、输出稳定的甲醇燃料电池亟待出现。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种精确高效、稳定运行、持续输出的低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法，解决了甲醇蒸气浓度不均匀、甲醇反应不充分、甲醇二氧化碳掺混的问题，提高运行效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池，包括设置在甲醇燃料电池本体上的阴极集流板、阴极扩散层、阴极催化层、隔膜、阳极催化层、阳极扩散层、阳极集流板和甲醇蒸发区；

其中隔膜与阴极催化层和阳极催化层相连，阴极扩散层与阴极集流板和阴极催化层相连，阳极扩散层与阳极集流板和阳极催化层相连，阳极集流板与甲醇蒸发区和阳极扩散层相连；

所述甲醇蒸发区内分别设置有多条甲醇蒸发管路和多条二氧化碳流路，所述甲醇蒸发管路出口与阳极集流板板中所对应的过孔相连；多条二氧化碳流路进出口分别为二氧化碳流入孔和二氧化碳排出孔，二氧化碳流入孔与阳极集流板板中所对应的过孔相连；多条二氧化碳流路连通后在甲醇蒸发区顶部开设有单个或多个二氧化碳排出孔；

所述阳极集流板中开设有不同直径的过孔，不同直径的过孔分别与甲醇蒸发区内甲醇蒸发管路出口及二氧化碳流入孔对应连通；阳极扩散层是具有多孔结构导电材料；阳极催化层包括具有催化氧化性能的催化剂；隔膜是具有质子导通能力的质子交换膜；阴极催化层包括具有催化还原性能的催化剂；阴极扩散层是具有多孔结构的导电材料；

所述阴极集流板内侧加工有用于向阴极扩散层输送氧气的流道。

进一步，所述甲醇蒸发管路由依次连接的甲醇压缩段、甲醇蒸发段和甲醇混合段组成。

进一步，所述甲醇压缩段为渐缩结构，甲醇蒸发段与甲醇压缩段和甲醇混合段位置对应，甲醇混合段为渐扩结构。

进一步，各甲醇蒸发管路在横向和纵向呈阵列分布于甲醇蒸发区。

进一步，所述多条二氧化碳流路呈阵列分布于甲醇蒸发区内。