具体来说，本实施例中所述疏水多孔板3由直径为100~300um的铜纤维烧结而成并经表面疏水处理而成，其孔隙率为70%~80%，，接触角为130°。
[0023]本实施例中，所述阳极流场板10采用开孔率为64%的大圆孔阵列，阴极流场板12采用开孔率为28%的小圆孔阵列。
[0024]本实施例中，所述蒸汽腔6内设置有一块将蒸汽腔6分层的亲水多孔板4，形成多层气体缓冲结构，电池的二氧化碳排放孔位于多层气体缓冲结构的中部。
[0025]本实施例中，所述蒸汽腔6内由上向下的第一块亲水多孔板4与阳极流场板10之间设置有防止阳极水分流失的疏水多孔板3。
[0026]甲醇燃料腔8为液态甲醇的暂存空间，液态甲醇在渗透汽化膜7中发生吸附-溶解-释放的过程，由于甲醇具有易挥发性质，会在蒸汽腔6中挥发形成甲醇蒸汽，形成的甲醇蒸汽经过扩散过程后充满蒸汽腔6，并通过阳极流场板10的圆孔阵列均匀到达亲水烧结板4，甲醇蒸汽在蒸汽腔6中蓄积后达到饱和状态，并且向低浓度区域即膜电极扩散，到达亲水烧结板4的甲醇蒸汽会在毛细作用下被吸附蓄积，并在亲水烧结板4中均匀扩散，通过控制亲水烧结板4的孔隙率参数可以达到控制甲醇浓度的目的。这一系列运动的结果导致蒸汽腔6中的饱和甲醇蒸汽浓度降低，使得渗透汽化继续进行，重复汽化-扩散-吸附的运动过程，使得供料与反应持续不断进行。
[0027]纯甲醇供料的形式使得在阳极供料只有甲醇，但是由于电池的阳极反应需要水的参与，所以，阴极区一侧的疏水多孔板3可以将阴极反应产生的水受迫反补到阳极侧参与阳极电极反应，同时在阳极侧蒸汽腔中设置疏水多孔板3防止阳极侧水分的流失。具体的工作原理为:在阴极侧，空气通过盖板1、阴极流场板12中的圆孔进入到疏水多孔板3，到达电池膜的电极区域反应，阴极反应产物水在疏水多孔板3的疏水作用下，使得水不能排出，并不断蓄积，蓄积水在疏水烧结板3的排斥作用下，被迫向阳极区水浓度低的区域扩散，而参与阳极区的电极反应，从而实现阴极水反补，同时水的反补运动可以抑制阳极甲醇向阴极区穿透，对提高电池的输出性能，提高燃料利用率具有促进作用。
[0028]将本实施例提供的直接甲醇燃料电池组件组装，并为其提供高浓度甲醇溶液燃料，16mol.L 1以及纯甲醇，进行电池输出性能测试，同时与液态供给被动式直接甲醇燃料电池的输出性能曲线进行比较，并为液态供给被动式直接甲醇燃料电池提供最佳甲醇浓度的燃料。
[0029]得到的测试曲线如图2所示，从曲线中可以看出，当气态燃料供给情况下，相比于液体供料方式的DMFC，V-DMFC具有更高的能量密度，甚至当供给16M甲醇溶液时，V-DMFC具有更强劲的输出性能；纯甲醇供料的V-DMFC的输出性能也优于DMFC，极限电流密度超过DMFC 约 17%。
[0030]本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，包括具有开口内腔的电池壳体(9)，固定在所述电池壳体(9)上将所述内腔分割为甲醇燃料腔(8)和蒸汽腔(6)的渗透汽化膜(7)，所述蒸汽腔￠)的上方由下至上依次层叠设置有阳极流场板(10)、膜电极(11)、阴极流场板(12)，所述膜电极(11)的阴极侧与固定在电池壳体(9)上的阴极集电板(2)电路连接，所述膜电极(11)的阳极侧与固定在电池壳体(9)上的阳极集电板(5)电路连接，所述电池壳体(9)的开口端绝缘地设置有压覆在阴极集电板(2)上的空心盖板(I)，其特征在于: 所述阳极流场板(10)与膜电极(11)的阳极侧之间设置有具有亲水性质的亲水多孔板(4)，所述亲水多孔板(4)的亲水面与膜电极(11)的阳极侧的扩散层相接处；所述膜电极(11)的阴极侧与阴极流场板(12)之间设置有具有疏水性质的疏水多孔板(3)，所述疏水多孔板(3)的疏水面与膜电极(11)的阴极侧的扩散层相接触。2.根据权利要求1所述的实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，其特征在于:所述亲水多孔板(4)为由金属粉末烧结而成的多孔金属板，其孔隙率为60%-90%，厚度为 l~3mm03.根据权利要求2所述的实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，其特征在于:所述的金属粉末为铜粉或不锈钢粉。4.根据权利要求2所述的实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，其特征在于:所述金属粉末粒径为75~125um。5.根据权利要求1所述的实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，其特征在于:所述疏水多孔板(3)为由金属纤维烧结而成的多孔金属板经表面疏水处理而成，其孔隙率为70%~80%，厚度为l~3mm。6.根据权利要求5所述的实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，其特征在于:所述的金属纤维为铜纤维或不锈钢纤维。7.根据权利要求5所述的实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，其特征在于:所述金属纤维的直径为100~300um。8.根据权利要求1至7任一项所述的一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，其特征在于:所述蒸汽腔￠)内至少设置有一块将蒸汽腔(6)分层的亲水多孔板(4)，形成多层气体缓冲结构，电池的二氧化碳排放孔位于多层气体缓冲结构的中部。9.根据权利要求8所述的一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，其特征在于:所述蒸汽腔出)内由上向下的第一块亲水多孔板(4)与阳极流场板(10)之间设置有防止阳极水分流失的疏水多孔板(3)。
【专利摘要】本发明公开了一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，包括电池壳体，固定在所述电池壳体上将所述内腔分割为甲醇燃料腔和蒸汽腔的渗透汽化膜，所述蒸汽腔的上方由下至上依次层叠设置有阳极流场板、膜电极、阴极流场板，所述电池壳体的开口端绝缘地设置有压覆在阴极集电板上的空心盖板，所述阳极流场板与膜电极的阳极侧之间设置有具有亲水性质的亲水多孔板，所述膜电极的阴极侧与阴极流场板之间设置有具有疏水性质的疏水多孔板。本发明既保证甲醇的持续汽化供料，又能在促进阴极水反补到阳极参与反应的同时，抑制甲醇穿透，保证电池输出性能的前提下，有效提高电池能量密度，实现电池高浓度甲醇甚至纯甲醇供料，大幅延长电池的工作时间。
【IPC分类】H01M8/04, H01M8/10
【公开号】CN105140546
【申请号】CN201510597937
【发明人】袁伟, 闫志国, 王奥宇, 汤勇, 张兆春, 谭振豪
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月20日