一種被動式直接液體燃料電池及其制備方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃料電池領域，具體涉及一種被動式直接液體燃料電池及其制備方法。
【【背景技術】】
[0002]為了緩解能源短缺、環境污染兩大危機，燃料電池目前已成為科學家研究的重點，其具有環保、高效、啟動快等優點。傳統的燃料電池一般采用平板型板框式結構，固定電極時需要使用螺栓等配件，導致該結構比較笨重復雜，制作成本高。
【
【發明內容】
】
[0003]本發明的目的在于解決上述問題，提出一種被動式直接液體燃料電池及其制備方法，該燃料電池運用到了 3D打印技術。這使得該燃料電池的附加零件數量大為減少，從而有利于減小體積和重量，使其結構更加緊湊，同時也使得燃料電池的生產裝配更加便利。
[0004]為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現:
[0005]—種被動式直接液體燃料電池，包括采用3D打印技術制成的集流板一體化燃料腔體和密封緊固集流板，集流板一體化燃料腔體與密封緊固集流板相扣合，且二者之間設置有膜電極。
[0006]本發明進一步的改進在于:
[0007]所述集流板一體化燃料腔體包括一體式結構的燃料腔體和第一集流板，燃料腔體上開設有燃料加注孔和與密封緊固集流板相配合的固定扣槽，第一集流板上開設有正方形燃料孔。
[0008]所述第一集流板的表面低于燃料腔體的表面，有利于膜電極的固定和組裝。
[0009]所述密封緊固集流板包括作為主體的第二集流板，第二集流板的表面設置凸圓結構，并開設若干與第一集流板上燃料孔相對應的透氣孔；第二集流板的四周設計有多個與第一集流板上的固定扣槽相配合的固定搭扣。
[0010]所述膜電極包括依次緊貼的陽極、離子交換膜和陰極，陽極的外側和陰極的外側分別設置防止燃料泄露的第一墊片和第二墊片。
[0011]—種被動式直接液體燃料電池的制作方法，包括以下步驟:
[0012]I)使用三維建模軟件建模，采用3D打印技術打印，完成集流板一體化燃料腔體、密封緊固集流板的制作；
[0013]2)將第一墊片、陽極、離子交換膜、陰極、第二墊片依次疊放在集流板一體化燃料腔體的第一集流板上，然后把密封緊固集流板蓋在膜電極上，將固定搭扣扣進固定扣槽，實現密封、緊固整個電池，完成整個電池的制作。
[0014]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0015](I)集流板一體化燃料腔體，運用3D打印將燃料腔體和集流板結合成一體，集流板部分采用導電3D打印材料打印，使結構更加簡單、緊湊，重量減輕。
[0016](2)密封緊固集流板，運用3D打印技術將密封緊固部件和集流板結合成一體，集流板部分采用導電3D打印材料打印，使結構更加簡單、緊湊，重量減輕。
[0017](3)集流板部分采用凸圓結構設計，有利于集流板的壓力均勻分布，使膜電極結合更加緊密，減小接觸電阻。
[0018](4)固定搭扣和固定扣槽一體成型，省去了傳統的螺栓等緊固部件，有利于系統的緊湊化和輕量化。
[0019](5) 3D導電材料和非導電材料的配合使用，通過集流板一體化燃料腔體和密封緊固集流板的設計，摒棄了傳統集流板的單獨設置，有利于系統的緊湊化和輕量化。
[0020](6)采用3D打印技術，可以輕松實現單電池的個性化設計和電堆的一體化成型，有利于滿足不同環境下電池的設計使用。
[0021](7)采用3D打印技術既能滿足緊湊復雜結構的加工，而且可以輕松實現批量化且一體化成型，有利于成熟技術的市場推廣。
[0022](8)本發明的三維形貌，可根據實際需要任意改變。
【【附圖說明】】
[0023]圖1為本發明完整電池爆炸視圖放大軸測圖；
[0024]圖2為本發明集流板一體化燃料腔體放大軸測圖；
[0025]圖3為本發明膜電極爆炸視圖放大軸測圖；
[0026]圖4為本發明密封緊固集流板放大軸測圖；
[0027]圖5為本發明集流板凸圓結構放大側視圖。
[0028]其中:1為集流板一體化燃料腔體；2為膜電極；3為密封緊固集流板；4為第一集流板；5為燃料腔體；6為燃料孔；7為固定扣槽；8為第一墊片；9為陽極；10為離子交換膜；11為陰極；12為第二墊片；13為凸圓結構；14為透氣孔；15為固定搭扣；16為燃料加注孔；17為第二集流板。
【【具體實施方式】】
[0029]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述:
[0030]參見圖1，本發明包括集流板一體化燃料腔體1、膜電極2、密封緊固集流板3。
[0031]1.集流板一體化燃料腔體I
[0032]本發明提供一種燃料腔體、集流板合為一體的制作方案。為了使燃料電池的結構更加緊湊，實現整個電池的固定不使用螺栓，運用3D打印技術，將第一集流板4和燃料腔體5制成一體，在第一集流板4部分打上足夠多的正方形燃料孔6，使燃料能充分接觸電極，同時在燃料腔體5四周設計有固定扣槽7，以實現密封和緊固。為了使制作方便，同時滿足一些微小尺寸的加工要求，使用三維建模軟件建模，第一集流板4部分采用導電3D打印材料打印，完成集流板一體化燃料腔體I的制作。
[0033]如圖2所示，為集流板一體化燃料腔體I，包括燃料腔體5，第一集流板4，正方形燃料孔6，燃料加注孔16，固定扣槽7。由于結構較為復雜，且當尺寸較小時，加工更加困難，故使用三維建模軟件構建模型后采用3D打印技術打印模型，同時集流板部分應采用導電的3D打印材料。
[0034]2.膜電極2
[0035]如圖3所示，膜電極2包括第一墊片8、陽極9、離子交換膜10、陰極11、第二墊片12，第二墊片12能有效防止燃料泄露。
[0036]3.密封緊固集流板3
[0037]密封緊固集流板3主要起固定、密封和集流的作用，第二集流板17部分的制作采用導電3D打印材料，且設計成凸圓結構13，密封緊固集流板上3開有足夠多的正方形透氣孔14，使空氣能充分接觸陰極11。同時，在密封緊固集流板3四周上設計有固定搭扣15，配合集流板一體化燃料腔體I的固定扣槽7，實現密封和緊固整個電池。
[0038]如圖4所示，為密封緊固集流板3，包括第二集流板17、正方形透氣孔14、固定搭扣15。第二集流板17部分的制作采用導電3D打印材料，這樣可以起導電集流作用，同時使結構更加簡單輕便，密封緊固集流板3上開有足夠多的正方形透氣孔14，使空氣能充分接觸陰極。同時，在密封緊固集流板3上設計由多個固定搭扣15，配合集流板一體化燃料腔體I的固定扣槽7，實現密封和緊固整個電池。考慮到扣緊后，由于受力不均，第二集流板17可能變形，故集流板采用凸圓結構13設計，這樣可以使得膜電極2受力即接觸更加均勻，減小電阻。
[0039]本發明還公開了一種被動式直接液體燃料電池的制備方法，具體包括以下步驟:
[0040]I)使用三維建模軟件建模，采用3D打印技術打印，完成集流板一體化燃料腔體1、密封緊固集流板3的制作；
[0041]2)將第一墊片8、陽極9、離子交換膜10、陰極11、第二墊片12依次疊放在集流板一體化燃料腔體I的第一集流板4上，然后把密封緊固集流板3蓋在膜電極2上，將固定搭扣15扣進固定扣槽7，實現密封、緊固整個電池，完成整個電池的制作。
[0042]以上內容僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明權利要求書的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種被動式直接液體燃料電池，其特征在于，包括采用3D打印技術制成的集流板一體化燃料腔體(I)和密封緊固集流板(3)，集流板一體化燃料腔體(I)與密封緊固集流板(3)相扣合，且二者之間設置有膜電極(2)。2.根據權利要求1所述的被動式直接液體燃料電池，其特征在于，所述集流板一體化燃料腔體(I)包括一體式結構的燃料腔體(5)和第一集流板(4)，燃料腔體(5)上開設有燃料加注孔(16)和與密封緊固集流板(3)相配合的固定扣槽(7)，第一集流板(4)上開設有正方形燃料孔(6)。3.根據權利要求2所述的被動式直接液體燃料電池，其特征在于，所述第一集流板(4)的表面低于燃料腔體(5)的表面，有利于膜電極的固定和組裝。4.根據權利要求2所述的被動式直接液體燃料電池，其特征在于，所述密封緊固集流板(3)包括作為主體的第二集流板(17)，第二集流板(17)的表面設置凸圓結構(13)，并開設若干與第一集流板⑷上燃料孔(6)相對應的透氣孔(14);第二集流板(17)的四周設計有多個與第一集流板(4)上的固定扣槽(7)相配合的固定搭扣(15)。5.根據權利要求1所述的被動式直接液體燃料電池，其特征在于，所述膜電極(2)包括依次緊貼的陽極(9)、離子交換膜(10)和陰極(11)，陽極(9)的外側和陰極(11)的外側分別設置防止燃料泄露的第一墊片(8)和第二墊片(12)。6.一種采用權利要求1-5任意一項所述被動式直接液體燃料電池的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)使用三維建模軟件建模，采用3D打印技術打印，完成集流板一體化燃料腔體(I)、密封緊固集流板(3)的制作； 2)將第一墊片(8)、陽極(9)、離子交換膜(10)、陰極(11)、第二墊片(12)依次疊放在集流板一體化燃料腔體(I)的第一集流板(4)上，然后把密封緊固集流板(3)蓋在膜電極(2)上，將固定搭扣(15)扣進固定扣槽(7)，實現密封、緊固整個電池，完成整個電池的制作。
【專利摘要】本發明公開了一種被動式直接液體燃料電池，屬于燃料電池領域，包括采用3D打印技術制成的集流板一體化燃料腔體和密封緊固集流板，集流板一體化燃料腔體與密封緊固集流板相扣合，且二者之間設置有膜電極。本發明對集流板、燃料腔體、密封緊固方式的設計，使得集流板、燃料腔體、搭扣實現一體化，所述集流板一體化燃料腔體、密封緊固集流板采用3D打印技術快速打印成型，使得整個燃料電池結構緊湊、簡單，重量更輕，體積更小。
【IPC分類】H01M8/0202
【公開號】CN105226305
【申請號】CN201510683882
【發明人】李印實, 曹楊, 何雅玲, 陳杰
【申請人】西安交通大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月20日