專利名稱：小型直接甲醇燃料電池堆模塊化組件及其活化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，特指一種小型直接甲醇燃料電池堆模塊化組件及其活化方法。
背景技術(shù)：
直接使用甲醇作為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC)的構(gòu)想是20世紀(jì)90年代初NASA(美國國家航空和宇宙航行局)的JPL(美噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)所)和南加州大學(xué)的研究者提出的。由于甲醇在常溫下是液態(tài)(沸點(diǎn)64.51℃)，比其他燃料電池所用的氫氣、甲烷或一氧化碳有更好的儲存性能和更高的能量密度(燃燒熱726.83kJ/mol)。另外，甲醇也是非常廉價(jià)的工業(yè)產(chǎn)品，能夠很容易的從石油、天然氣和煤炭獲得。其工作溫度和壓力都很低，因而結(jié)構(gòu)簡單，安全性也好。工作時(shí)，電池只釋放二氧化碳和水蒸氣，不含其他有毒有害成份。在諸燃料電池種類中，直接甲醇燃料電池具有的這些特點(diǎn)使其成為在便攜電源領(lǐng)域中最有發(fā)展?jié)摿Φ摹?br> 質(zhì)子交換膜燃料電池(FEMFC)所采用的傳統(tǒng)堆疊式結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)小型化，而且供料需要額外的功耗。在便攜式電源薄型化、輕量化的要求之下，出現(xiàn)了一種新型的單極板結(jié)構(gòu)的直接甲醇燃料電池(Motorola Inc.(2000)，美國專利US 6127058)，它是在一個(gè)平面上通過電子連接器實(shí)現(xiàn)不同膜電極組件之間的串聯(lián)的。目前，被動式空氣自呼吸式直接甲醇燃料電池基本都是采用這種結(jié)構(gòu)。
眾所周知，燃料電池是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，除了發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的膜電極組件以外，還要有反應(yīng)物和生成物的控制系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)等等。通常膜電極組件作為燃料電池堆的基本結(jié)構(gòu)單元，電池堆則作為燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元。而目前電池堆的種類和大小都是由開發(fā)者根據(jù)實(shí)際情況而定，其中膜電極組件的規(guī)格也各有不同，這樣很不利于形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。另外，對于很多個(gè)膜電極組件組裝的電池堆來說，一旦其中的某個(gè)出了問題，檢測或者更新都是很困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是在于針對目前產(chǎn)品中存在的問題，提供一種小型直接甲醇燃料電池堆的模塊化組件。
本發(fā)明還提供了上述模塊化組件的整體活化方式，易于操作，效率高，用次方法活化的模塊化結(jié)構(gòu)具有很好的一直性。
本發(fā)明模塊化組件所采用的技術(shù)方案為，其包括該模塊化組件包括陰、陽極極板、位于陰、陽極極板之間的膜電極組件、位于膜電極組件邊緣的密封結(jié)構(gòu)、連接不同膜電極組件以及對外輸出的電子連接器、用于固定上下陰、陽極極板的模塊緊固部件。
上述的陰、陽極極板主體為聚合物樹脂基板，該基板與膜電極組件接觸的表面設(shè)置有集流層，且基板對應(yīng)集流層的位置設(shè)置有反應(yīng)通道。
所述的反應(yīng)通道為若干的通孔或通槽構(gòu)成。
所述的電子連接器通過集流層將不同膜電極組件連接。
不同膜電極組件之間通過電子連接器連接，其連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)或者串、并聯(lián)結(jié)合。
本發(fā)明活化方法所采用的技術(shù)方案為將模塊化組件安裝在固定夾具中，然后在其陽極循環(huán)70～100℃的熱水或甲醇水溶液3～12小時(shí)進(jìn)行活；或者將模塊化組件直接放入70～100℃的熱水中3～24小時(shí)進(jìn)行活化。
本發(fā)明將一定數(shù)量的膜電極組件、提供反應(yīng)通道的極板、連接膜電極組件的電子連接器以及密封和緊固結(jié)構(gòu)集成為一個(gè)模塊，這些模塊可以獨(dú)立或者經(jīng)過組合形成電池堆，再加上控制系統(tǒng)就可以形成一個(gè)完整的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和操作，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的立體分解示意圖；圖2是本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明一應(yīng)用實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3實(shí)施例的放電性能圖表。
具體實(shí)施例見圖1、2，本發(fā)明的模塊化組件10包括陰、陽極極板1、膜電極組件4、電子連接器5，密封結(jié)構(gòu)6以及緊固部件7。
陰、陽極極板1主體為聚合物樹脂基板11，該基板11與膜電極組件4接觸的表面設(shè)置有集流層3，極耳31與集流層3連接?；?1對應(yīng)集流層3的位置設(shè)置有反應(yīng)通道2。該反應(yīng)通道2由若干的通孔或通槽構(gòu)成。
模塊化組件10包括一組陰、陽極極板1，膜電極組件4位于該陰、陽極極板1之間，其中上下兩端陰、陽極極板1上設(shè)置有集流層3的一面分別朝向膜電極組件4，以令集流層3與膜電極組件4貼合。
在膜電極組件4邊緣設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)6，例如采用特富龍密封圈密封。膜電極組件4之間通過電子連接器5經(jīng)集流層3連接，并且該電子連接器5還用于對外輸出。膜電極組件4之間的連接方式為可以為串聯(lián)、并聯(lián)或者串、并聯(lián)結(jié)合，例如，通過電子連接器5將本實(shí)施例中對應(yīng)四塊膜電極組件4的集流層3串聯(lián)起來。
上、下陰、陽極極板1之間通過模塊緊固部件7固定，即上、下陰、陽極極板1將膜電極組件4夾持固定，形成一種類似三明治的結(jié)構(gòu)。緊固方式可以采用首先在上、下陰、陽極極板1上開設(shè)若干的通孔71，然后利用銷釘結(jié)構(gòu)通過該通孔71將上、下陰、陽極極板1夾緊、固定。
本發(fā)明可以直接采用經(jīng)過活化的膜電極組件，也可采用以下活化方式將模塊化組件安裝在固定夾具中，然后在其陽極循環(huán)70～100℃的熱水或甲醇水溶液3～12小時(shí)進(jìn)行活；或者將模塊化組件直接放入70～100℃的熱水中3～24小時(shí)進(jìn)行活化。
見圖3，這是本發(fā)明在一種小型被動式自呼吸直接甲醇燃料電池堆中的應(yīng)用。該電池堆由陽極燃料腔81、陰極端板82和插入其中的模塊化組件10，通過燃料腔81頂部的注入孔83將2mol/L的甲醇水溶液注入其內(nèi)，然后通過電能輸出端84測試該電池堆的放電性能，測試結(jié)果參考圖4。
權(quán)利要求
1.一種小型直接甲醇燃料電池堆的模塊化組件，其特征在于該模塊化組件(10)包括陰、陽極極板(1)、位于陰、陽極極板(1)之間的膜電極組件(4)、位于膜電極組件(4)邊緣的密封結(jié)構(gòu)(6)、連接不同膜電極組件(4)以及對外輸出的電子連接器(5)、用于固定上下陰、陽極極板(1)的模塊緊固部件(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的小型直接甲醇燃料電池堆的模塊化組件，其特征在于所述的陰、陽極極板(1)主體為聚合物樹脂基板(11)，該基板(11)與膜電極組件(4)接觸的表面設(shè)置有集流層(3)，且基板(11)對應(yīng)集流層(3)的位置設(shè)置有反應(yīng)通道(2)。
3.如權(quán)利要求2所述的小型直接甲醇燃料電池堆的模塊化組件，其特征在于所述的反應(yīng)通道(2)由若干的通孔或通槽構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的小型直接甲醇燃料電池堆的模塊化組件，其特征在于電子連接器(5)通過集流層(3)將不同膜電極組件(4)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的小型直接甲醇燃料電池堆的模塊化組件，其特征在于膜電極組件(4)之間通過電子連接器(5)連接，其連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)或者串、并聯(lián)結(jié)合。
6.小型直接甲醇燃料電池堆的模塊化組件的活化方法，其特征在于將模塊化組件安裝在固定夾具中，然后在其陽極循環(huán)70～100℃的熱水或甲醇水溶液3～12小時(shí)進(jìn)行活；或者將模塊化組件直接放入70～100℃的熱水中3～24小時(shí)進(jìn)行活化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型直接甲醇燃料電池堆的模塊化組件及其活化方法，該模塊化組件包括陰、陽極極板、位于陰、陽極極板之間的膜電極組件、位于膜電極組件邊緣的密封結(jié)構(gòu)、連接不同膜電極組件以及對外輸出的電子連接器、用于固定上下陰、陽極極板的模塊緊固部件。該模塊化組件可以根據(jù)輸出的需要方便的進(jìn)行組合，為小型直接甲醇燃料電池系統(tǒng)提供一種模塊化組裝的解決方案。該模塊化組件具有結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和操作，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01M8/00GK1794505SQ200510037249
公開日2006年6月28日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者陳杰, 許瑞, 吳凱, 嚴(yán)國耀, 趙豐剛, 曾毓群 申請人:東莞新能源電子科技有限公司