[实用新型]一种利用阴极废气供给燃料的燃料电池

说明书

本实用新型公开了一种利用阴极废气供给燃料的燃料电池，包括电池本体、DC/DC转换器、蓄电池、气泵、燃料罐、回收罐；所述电池本体通过DC/DC转换器与蓄电池和气泵连接，所述蓄电池与气泵连接；所述电池本体的阴极入口与气泵连接，所述电池本体的阳极入口与燃料罐连接，所述电池本体的阴极出口与所述燃料罐之间设置有动力机构。本实用新型提高了DMFC系统的简单性、可靠性，提升了系统效率，减少电池系统零部件，节约硬件成本。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种利用阴极废气供给燃料的燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转化装置，单体电池主要由阴、阳极板和膜电极组成。膜电极两侧分别发生氧化反应与还原反应，电子通过外电路作功，产生电能。只要有燃料和氧化剂不断输入，燃料电池就能源源不断地产生电能，因此燃料电池兼具电池和热机的特点，具有能量转化效率高、无环境污染物排放、可低温快速启动、振动和噪声等级低等特点。由于不受卡诺循环的限制，效率高达40％以上。

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，DMFC)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的一种。DMFC在阳极直接发生甲醇氧化反应，类似于氢PEMFC阳极侧的氢气氧化过程，燃料采用液体甲醇，加注更为方便，目前出于技术和经济性考虑，其电堆功率一般为几瓦到几千瓦，通常作为便携式充电设备，小型动力电源等。

DMFC在工作的时候，甲醇溶液和空气分别流入阳极流道和阴极流道，在对流和扩散的作用下渗入扩散层。反应物在扩散层内经重新分配后浓度分布更加均匀，最终到达催化层。在阳极，甲醇在催化剂的作用下发生催化反应，lmol甲醇与l mol水生成l mol二氧化碳、6mo1氢离子和6mo1自由电子，自由电子通过外电路产生电流，氢离子穿透质子交换膜往阴极迁移，二氧化碳和未反应完全的溶液通过流道排出电池。在阴极，氧气、氢离子在催化剂作用下反应生成水，同时消耗来自阳极的电子，反应生成的水和多余的空气通过流道排出电池。反应产生的阳离子走电池内部，电子走外电路产生电流，这就是能量转化过程。DMFC的基本反应方程式如下:

DMFC阳极反应方程式：

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

DMFC阴极反应方程式：

1.5O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

DMFC总反应方程式：

CH₃OH+1.5O₂→CO₂+2H₂O

目前的DMFC系统中根据燃料和氧化剂供给方式的不同分为主动式和被动式。被动式主要依靠自由扩散供给燃料和氧化剂，可省略消耗电池系统能量的燃料和氧化剂的供给和循环装置，因而相比主动式来说结构简单。主动式是指需要利用如泵、阀等有源辅助器件控制燃料和氧化剂供给。这种系统较为复杂，零部件较多，噪音、体积和重量都相对较大。

为了使DMFC的系统更加简单稳定，进行电池的微小型化，并且提高系统可靠性，减小系统内部耗能和噪音，提升整体效率，因此需要尽可能的减少运动设备如液泵等，成为本领域技术人员首要解决的问题。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本专利申请所要解决的技术问题是：如何提供一种利用阴极废气供给燃料的燃料电池，提高DMFC系统的简单性以及可靠性，提高系统发电效率和能源利用率，降低成本和噪声。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：