一種被動式直接甲醇燃料電池燃料供給系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電池制備領域，涉及一種被動式直接甲醇燃料電池燃料供給系統。
【背景技術】
[0002]直接甲醇燃料電池(direct methanol fuel cell, DMFC)是最有希望應用于便攜式電子產品的移動電源之一。受甲醇滲透問題的限制，DMFC—般采用低濃度甲醇(通常不超過5M)溶液進料，這意味著系統須攜帶大量的水，使電池的能量密度受到極大限制。高濃度/純甲醇直接進料DMFC的成功開發使DMFC的結構更加緊湊，大大提高了系統能量密度，加快了被動式DMFC的商業化進程。
[0003]由于DMFC的單電池工作電壓較低(0.3?0.5V)，在實用過程中須將多個電池串聯起來，形成電堆；要維持堆中各個電池間物料供給濃度、放電電壓、電流和溫度等參數的均一性，使得電堆本身還需一個數倍于其體積/質量的陽極燃料供給系統支持，使其在便攜式應用方面出現了諸多困難。最簡單的陽極燃料供給辦法就是將高濃度/純甲醇溶液儲罐直接置于膜電極集合體(MEA)陽極側，待甲醇消耗完后更換甲醇溶液。H.Yang等將滲透汽化膜(PV膜)置于DMFC測試池的陽極燃料腔和MEA之間，使高濃度/純甲醇通過滲透汽化膜先轉化為甲醇蒸汽再與MEA接觸并反應放電(參見“Guoet al.:Development of a Self-Adaptive Direct Methanol Fuel Cell Fed with 20MMethanol, FUEL CELLS, 2013 (13)，1018-1023.，，);然而該系統存在嚴重的方向敏感性問題:即將電堆置于不同方向時，因甲醇流動使各單電池的燃料供給環境不同而導致的放電均一性不佳問題；此外，由于當系統關機時陽極燃料不能及時抽出，甲醇對單電池的持續滲透會導致MEA壽命的降低和陽極燃料的浪費。Ren等人增設了純甲醇儲罐，通過燃料輸送速度控制裝置將純甲醇連續輸送到PV膜表面并被其吸收，表面蒸發的甲醇蒸汽到達MEA陽極側參與反應(參見 “Ren X.M., Becerra J.J., Hirsch R.S., Gottesfeld S., KovacsF.ff., Shufon K.J., Controlled direct liquid inject1n vapor feed for a DMFC, USpatent, 20050170224A1”)；與此類似，東芝公司于2003年10月成功開發了面向手機和PDA等產品的高度集成化小型燃料電池(參見“http://www.toshiba.c0.jp/about/press/”)，該電池結構中也設有純甲醇儲罐，通過一套燃料分配系統將純甲醇間歇輸送到聚四氟乙烯膜表面，將其轉化為甲醇蒸汽后到達MEA表面參與反應。這類通過儲罐一一分配系統一一液-氣轉化膜一一甲醇蒸汽反應的陽極甲醇控制系統雖然能夠實現甲醇的均勻分配和按需供給，但由于其甲醇分配和電路控制系統極為精細復雜，占用了電池很大部分的成本和體積，使系統的體積/質量能量效率難以提高，亦限制了其商業化進程。在2007年的燃料電池學術研討會上，日本栗田工業介紹了一種采用包接化合物的固體甲醇，只要在用于實驗的電池陽極加入固體甲醇粒子，1?2秒后即可放電(參見“狩集浩志，千江水，面向便攜設備應用的小型燃料電池，《日經電子》，2007.6”)。該固體甲醇粒子制造成本高，且包接化合物所占質量比較大，燃料的能量密度較低。然而，固體甲醇利用其自身揮發的甲醇蒸氣作為陽極燃料，而且由于其形狀和分布狀態可固定，克服了液體甲醇燃料易流動、難分配、易滲漏的弊病，是一種值得深入探討的新的甲醇供給思路。
【發明內容】
[0004]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種被動式直接甲醇燃料電池燃料供給系統，用于解決現有技術中的直接甲醇燃料電池燃料供給系統中液體甲醇易流動、難分配、易滲漏的問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種被動式直接甲醇燃料電池燃料供給系統，所述燃料供給系統包括甲醇燃料盒、填充進所述甲醇燃料盒中的固體甲醇以及固定于所述甲醇燃料盒上的用于隔離所述固體甲醇與單電池或電堆板的隔離片。
[0006]可選地，所述燃料供給系統還包括放置于所述隔離片上的用于構建甲醇蒸汽室的隔離墊框。
[0007]可選地，所述隔離墊框的厚度小于4_。
[0008]可選地，所述甲醇燃料盒采用耐甲醇材料。
[0009]可選地，所述耐甲醇材料包括聚乙烯或聚甲醛。
[0010]可選地，所述甲醇燃料盒中還設有一載體，所述固體甲醇涂覆于所述載體表面。
[0011]可選地，所述載體為柔性載體。
[0012]可選地，所述柔性載體包括碳布或無紡布。
[0013]可選地，所述隔離片采用多孔透氣材料。
[0014]可選地，所述多孔透氣材料包括滲透汽化膜、聚乙烯膜或無紡布。
[0015]可選地，所述被動式直接甲醇燃料電池燃料供給系統還包括可拆卸安裝部，所述被動式直接甲醇燃料電池燃料供給系統通過所述可拆卸安裝部可拆卸安裝于單電池或電堆板。
[0016]可選地，所述可拆卸安裝部包括設于所述甲醇燃料盒上的卡固件。
[0017]可選地，所述可拆卸安裝部包括設于所述甲醇燃料盒上的安裝孔及與所述安裝孔相配合的緊固件。
[0018]可選地，所述固體甲醇的制備方法包括如下步驟:
[0019]S1:將丙烯酸樹脂粉末加入甲醇的水溶液中，并攪拌所述溶液直至所述丙烯酸樹脂粉末溶解；
[0020]S2:在所述溶液中加入三乙醇胺，并攪拌直至所述溶液逐漸變稠成為無色透明凝膠狀，得到固體甲醇。
[0021]可選地，于所述步驟S1中，所述甲醇的水溶液中，甲醇與水的質量比為4?1.5:1，所述丙烯酸樹脂粉末在溶液中的質量分數為0.5%?1%。
[0022]可選地，于所述步驟S2中，加入的所述三乙醇胺與步驟S1中加入的丙烯酸樹脂粉末的質量比為0.9?1.1:1。
[0023]如上所述，本發明的被動式直接甲醇燃料電池燃料供給系統，具有以下有益效果:本發明利用丙烯酸樹脂粉末作為高聚物制備了凝膠狀高濃度固體甲醇，可直接或采用涂覆于柔性載體的方式填充于甲醇燃料盒中，利用其釋放的甲醇蒸汽直接作為甲醇燃料電池的陽極燃料供應源。采用固體甲醇作為燃料的直接甲醇燃料電池系統不存在方向敏感性問題，而且免去了傳統電堆中復雜的甲醇分配以及液-氣轉化系統，具有很強的實際應用意義。
【附圖說明】
[0024]圖1(a)顯示為本發明非載體型的直接甲醇燃料電池燃料供給系統的剖面結構示意圖。
[0025]圖1(b)顯示為本發明載體型的直接甲醇燃料電池燃料供給系統的剖面結構示意圖。
[0026]圖1(c)顯示為單電池通過卡固件可拆卸安裝于本發明的直接甲醇燃料電池燃料供給系統上的示意圖。
[0027]圖1(d)顯示為單電池通過緊固件可拆卸安裝于本發明的直接甲醇燃料電池燃料供給系統上的示意圖。
[0028]圖2(a)及圖2(b)顯示為采用固態和液態兩種甲醇燃料供給系統的電池性能對比。
[0029]圖3顯示為采用載體型和非載體型兩種固體甲醇燃料供給系統的電池性能對比。
[0030]圖4(a)及圖4(b)顯示為是采用不同的固體甲醇燃料供給系統的電池的方向敏感性測試情況。
[0031]圖5顯示為采用不同隔離片材料的非載體型固體甲醇燃料供給系統的電池性能對比。
[0032]圖6顯示為采用四種不同厚度隔離墊板的非載體型固體甲醇燃料供給系統的電池性能對比。
[0033]元件標號說明
[0034]1甲醇燃料盒
[0035]2固體甲醇
[0036]3隔離片
[0037]4隔離墊框
[0038]5載體
[0039]6單電池
[0040]7卡固件
[0041]8緊固件
[0042]9安裝孔
【具體實施方式】
[0043]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0044]須知，下列實施例中未具體注明的工藝設備或裝置均采用本領域內的常規設備或裝置；所有壓力值和范圍都是指絕對壓力。
[0045]此外應理解，本發明中提到的一個或多個方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應理解，本發明中提到的一個或多個設備/裝置之間的組合連接關系并不排斥在所述組合設備/裝置前后還可以存在其他設備/裝置或在這些明確提到的兩個設備/裝置之間還