專利名稱：一種高效能的便攜式甲醇燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)和能源技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種利用高濃度甲醇和氧氣進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的新型燃料電池，具體指一種高效能的便攜式甲醇燃料電池。
現(xiàn)有技術(shù)隨著電池性能不斷改善以及各種技術(shù)的推出，目前仍然沒有一種電池可滿足所有便攜式設(shè)備的需求，加上國家電源的短缺，因而要選擇電池解決方案愈來愈困難。這時(shí)燃料電池就是這樣一個(gè)應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，它可以在沒有電源的情況下，消費(fèi)者只需將其便攜式設(shè)備插入一個(gè)燃料器便可以進(jìn)行連續(xù)充電。在手機(jī)用戶經(jīng)常有這樣的煩惱，在打電話過程中突然發(fā)現(xiàn)沒電了。這種煩惱也許過不了多久就可解決了，因?yàn)橐环N新的手機(jī)電池一燃料電池(Fuel cell)即將面向市場。這種電池通話時(shí)間超過12-15小時(shí)，待機(jī)更可達(dá)1個(gè)月，并且不用充電，只要花幾秒鐘換燃料即可。現(xiàn)有燃料電池所采用的氧化劑各有不同，大連化學(xué)物理研究所于1999年與安徽天成電器有限責(zé)任公司成立了直接甲醇聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，2001年與福建南平南孚電池有限公司簽訂了為期四年的合作計(jì)劃共同開發(fā)燃料電池。目前該所在燃料電池關(guān)鍵材料與關(guān)鍵技術(shù)方面均取得了長足的進(jìn)展。自行研制的鉑基電催化劑在單電池性能方面均優(yōu)于美國E-TEK公司和英國Johnson Matthey公司的同類催化劑。通過對(duì)電極結(jié)構(gòu)、組份、水熱管理等優(yōu)化，單電池的性能在400mV時(shí)電流密度可達(dá)400mA·cm-2，最高功率密度達(dá)到190mW·cm-2，接近國際先進(jìn)水平。在電池系統(tǒng)研究方面，成功地組裝出了twin-cell電池組、以石墨板為雙極板的15W電池組、以不銹鋼為雙極板的20W電池組、以金屬復(fù)合板雙極板的100W電池組和室溫、空氣、集成式、微型DMFC電池組。其中，大連化物所自行研制開發(fā)的復(fù)合雙極板的電導(dǎo)率高達(dá)120S·cm-1，成本遠(yuǎn)低于石墨雙極板，具有良好的應(yīng)用前景。新型阻醇電解質(zhì)膜的研究也取得了可喜進(jìn)展。但該技術(shù)目前正在在研究階段，尚無法滿足現(xiàn)實(shí)需要。
德國Masterflex公司正在開發(fā)可以放在皮包中攜帶的燃料電池。由于它采取了直接供應(yīng)氫氣的方式，因而，“要面對(duì)普通消費(fèi)者銷售必須在建立起能供應(yīng)氫氣的體制之后”。盡管日本東芝，日立，富士通，NEC和韓國三星等電子工業(yè)廠家都在研發(fā)各種DMFC。NEC曾經(jīng)表示他們十分希望可以在2005年把配搭燃料電池的筆記本推向市場，但目前情況來看這種DMFC還需要在遲些時(shí)候才能上市，至于手機(jī)，PDA等數(shù)碼產(chǎn)品開發(fā)的DMFC應(yīng)該在下一年或者三年內(nèi)誕生。顯而易見直接甲醇燃料電池使用的技術(shù)仍處于發(fā)展的早期，但已成功的顯示出因移動(dòng)電話和筆記本電腦的電源，將來還是為指定的終端用戶使用的潛力。
綜上所述，以甲醇為基本原料的燃料電池，其研究開發(fā)工作雖已有了長足進(jìn)展，但要進(jìn)入實(shí)用階段，尚需進(jìn)行大量的研發(fā)工作。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的就在于提供一種環(huán)保，安全，高效能的便攜式甲醇燃料電池。通過利用甲醇與氧氣直接反應(yīng)，生成的水稀釋電池燃料盒中高濃度甲醇，然后再供給反應(yīng)單元，起到循環(huán)使用的作用。其中甲醇的濃度為30％，并且采用可以阻擋超過90％的甲醇交叉的新型中心膜和Mosoporous(碳的物質(zhì))作為催化劑的技術(shù)方案，使其有效地克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
技術(shù)方案一種高效能的便攜式甲醇燃料電池，至少包含有催化劑的陽極，催化劑的陰極以及設(shè)置在陽極和陰極之間的高分子交換膜，在陰極一端的電池腔內(nèi)加裝有高濃度甲醇和水，其中甲醇的濃度為30％，二者在陰極催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，在陽極一端的電池腔內(nèi)反應(yīng)后排出物是水。在上述電池中還采用了可以阻擋超過90％的甲醇交叉的新型中心膜Memnrane，并且采用了Mosoporous(碳的物質(zhì))作為催化劑。
其電化學(xué)反應(yīng)為陽極反應(yīng)陰極反應(yīng)電池反應(yīng)


附圖是本發(fā)明的一種實(shí)施例工作原理示意圖。
實(shí)施例一種高效能的便攜式甲醇燃料電池，其電池體內(nèi)裝置有催化劑的陽極板，催化劑的陰極板以及設(shè)置在陽極和陰極之間的高分子交換膜，在陰極一端的電池腔內(nèi)加裝有高濃度甲醇和水，其中甲醇的濃度為30％，二者在陰極催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化碳和氫離子并釋放電子，在陰極一端的電池腔內(nèi)，透過高分子交換膜的氫離子與氧氣在陽極催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，接受電子并生成水。所生成的水再返回陰極一端。在上述電池中還采用了可以阻擋超過90％的甲醇交叉的新型中心膜Memnrane，并且采用了Mosoporous(碳的物質(zhì))作為催化劑，從而降低一半舊式催化劑的用量，其工作溫度為120℃。在該電池中，利用電解聚合膜允許特定化學(xué)物質(zhì)通過的特性，產(chǎn)生了熱力學(xué)電勢。膜的一側(cè)陰極充滿了甲醇和水可以將甲醇分解為氫原子和二氧化碳。分離后的氫原子，被剝奪了電子可以通過膜到達(dá)膜的另一側(cè)。在陽極催化劑的作用下，質(zhì)子(缺少一個(gè)電荷的氫原子)和空氣中的氧氣發(fā)應(yīng)形成了缺少一個(gè)電子的水。通過連接陰極在陽極上氫原子上脫離的電子可以移動(dòng)到陰極上與缺少電子的物資結(jié)合。當(dāng)提供電流時(shí)，甲醇在陽極發(fā)生電解化學(xué)反應(yīng)被氧化，在陽極，電催化產(chǎn)生電子通過外部到達(dá)陰極電催化劑，電子在一個(gè)還原反應(yīng)中被消耗。電路通過電極間的質(zhì)子傳導(dǎo)維持在電池中。
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.當(dāng)甲醇燃料電池嵌入的電路與筆記本中內(nèi)置的鋰電池充電電池配合控制輸出功率的變化，可穩(wěn)定提供約定12w-20w的輸出功率且支持筆記本電腦連續(xù)工作8-10小時(shí)。甲醇燃料電池運(yùn)用在手機(jī)上通話時(shí)間超過12-15小時(shí)，待機(jī)更可達(dá)1個(gè)月。并且不用充電，只要花幾秒鐘換燃料即可。所以這種新型的電池與現(xiàn)有的鋰電池相比能量密度可高出5倍；2.使用甲醇時(shí)而無需預(yù)先重整。用甲醇與氧氣直接反應(yīng)，甲醇燃料來源豐富、價(jià)格便宜、便于攜帶與儲(chǔ)存，整個(gè)電池結(jié)構(gòu)簡單、體積小、方便靈活，工作時(shí)間只取決于燃料攜帶量而不受限于電池的額定容量，可實(shí)現(xiàn)零排放或低排放等優(yōu)點(diǎn)；3.該電池不僅可用手機(jī)，筆記本電腦(100cc的甲醇燃料電池可以連續(xù)工作8-10小時(shí))、攝像機(jī)等小型民用可移動(dòng)電源、傳感器件，甚至是軍用單兵種作戰(zhàn)電源等，應(yīng)用前景十分廣闊。由此可見它的工作時(shí)間比鋰電池有著很大的提高，不僅如此它的運(yùn)用廣泛例如通信，軍用，交通，民用等，從另一角度上說，它被認(rèn)為是鋰電池和另外一些用于便攜電子設(shè)備的電池的潛在替代品。而它的尺寸(80mm×55mm×30mm)更為令您驚訝。
權(quán)利要求
1.一種高效能的便攜式甲醇燃料電池，至少包含有催化劑的陽極，催化劑的陰極以及設(shè)置在陽極和陰極之間的高分子交換膜，其特征在于在陽極一端的電池腔內(nèi)加裝有高濃度甲醇和水，其中甲醇的濃度為30％，二者在陰極催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，在陽極一端的電池腔內(nèi)反應(yīng)生成的水，可用于稀釋電池燃料盒中高濃度甲醇，再供給反應(yīng)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效能的便攜式甲醇燃料電池，其特征在于電池中還采用了高濃度的甲醇，可以阻擋超過90％的甲醇交叉的新型中心膜Memnrane，并且采用了Mosoporous(碳的物質(zhì))作為催化劑。
全文摘要
一種高效能的便攜式甲醇燃料電池，利用甲醇與氧氣直接反應(yīng)，生成的水稀釋電池燃料盒中高濃度甲醇，然后再供給反應(yīng)單元，起到循環(huán)使用的作用，并且采用可以阻擋超過90％的甲醇交叉的新型中心膜和Mosoporous(碳的物質(zhì))作為催化劑，使其有效地克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有甲醇燃料來源豐富、價(jià)格便宜、便于攜帶與儲(chǔ)存，整個(gè)電池結(jié)構(gòu)簡單、體積小、方便靈活，可實(shí)現(xiàn)零排放或低排放等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1753221SQ20041007888
公開日2006年3月29日 申請日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月23日
發(fā)明者張華 申請人:珠海亞特龍電子科技有限公司