[发明专利]用于水收集及输运的直接甲醇燃料电池双层阴极结构

说明书

本发明公开了一种用于水收集及输运的直接甲醇燃料电池双层阴极结构，所述双层阴极结构包括阴极集流板和阴极水收集板，其中：所述阴极水收集板的表面设置有超亲水界面区和超疏水界面区，超亲水界面区和超疏水界面区的交界处形成排水沟道；所述超亲水界面区在与阴极流场区相对应处设置阴极水收集区，阴极水收集区内开孔，开孔位置与阴极水收集板的开孔位置相同；所述排水沟道的内部为超亲水界面区，外部为超疏水界面区；所述排水沟道具有一入口和一出口，入口侧与阴极水收集区相连。该双层阴极结构可将原本均匀覆盖在阴极表面的水滴聚集并排出，防止阴极“水淹”现象，排除阴极水聚集对氧气传输的影响，提升直接甲醇燃料电池的工作稳定性。

技术领域

本发明属于被动式直接甲醇燃料电池技术领域，涉及一种具有水收集及定向输运的双层阴极结构。

背景技术

随着移动计算、通信设备的高集成化和高性能化，可移动设备对相应的电源系统提出了更为严苛的要求。新一代的可移动电源系统需要具备高能量密度（即高能量储量，小体积及小重量）、启动速度快、输出功率高的特点。在此背景下，直接甲醇燃料电池凭借其高能量转化效率、高能量密度、燃料存放简单、便于补充等优点成为了可移动微型电源系统的全新发展方向。在目前仍有一些制约直接甲醇燃料电池应用发展的问题存在，阴极“水淹”现象即是其中之一：在直接甲醇燃料电池工作时，电池的阴极处会不断发生反应生成水，若不能及时排出，则会出现“水淹”现象，即水滴凝结并堵塞阴极空气入口，阻碍被动式燃料电池的自呼吸过程，从而导致燃料电池的输出能力下降。

目前针对这一问题主要的解决方案是通过优化阴极极板的开孔率，提高液态水的扩散以及气态水的蒸发速率，从而提高阴极的排水能力，但是在传统极板中，液态水的自主扩散现象并不明显，而气态水的蒸发主要依靠空气的传质，即空气流速的变化影响，优化开孔率对“水淹”现象的影响十分有限。近年来出现了使用多孔介质材料（例如铜或不锈钢纤维毡等）作为被动式直接甲醇燃料电池极板的设计，该设计大幅增大了阴极板上水与空气接触的面积，增快了水的蒸发，但本质上仍未改变阴极上水的分布，仍然存在空气与水传输相互受阻的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种用于水收集及输运的直接甲醇燃料电池双层阴极结构。该双层阴极结构可将原本均匀覆盖在阴极表面的水滴聚集并排出，防止阴极“水淹”现象，排除阴极水聚集对氧气传输的影响，提升直接甲醇燃料电池的工作稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于水收集及输运的直接甲醇燃料电池双层阴极结构，包括一层阴极集流板和一层阴极水收集板，其中：

所述阴极集流板的表面对应膜电极的位置设置有阴极流场区，阴极流场区内开孔；

所述阴极水收集板的表面设置有超亲水界面区和超疏水界面区，超亲水界面区和超疏水界面区的交界处形成排水沟道；

所述超亲水界面区在与阴极流场区相对应处设置阴极水收集区，阴极水收集区内开孔，开孔位置与阴极水收集板的开孔位置相同；

所述排水沟道的内部为超亲水界面区，外部为超疏水界面区；

所述排水沟道具有一入口和一出口，入口侧与阴极水收集区相连。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明提出了一种全新的直接甲醇燃料电池的双层阴极结构，其可实现阴极反应所生成水的定向输运，防止“水淹”现象造成电池性能下降，而且排出的水得到收集，可通过循环回路进入阳极，实现阳极的补水。

附图说明

图1为本发明阴极水收集板的设计图；

图2为使用双层阴极结构的直接甲醇燃料电池装配示意图。

具体实施方式