專利名稱：直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn) 料系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直接型導(dǎo)電聚合物燃料電池由于其具有低溫、高效、清潔等特點(diǎn)，可以作為家庭移 動(dòng)電源、電動(dòng)汽車動(dòng)力源以及數(shù)碼產(chǎn)品的便攜式電源，受到了全世界科研工作者的廣泛關(guān) 注。直接二甲醚燃料電池(DDFC)屬于聚合物電解質(zhì)燃料電池的一種，以二甲醚直接作為燃 料，無(wú)需重整。由于二甲醚作為燃料具有毒性小，滲透低，來(lái)源豐富、易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu) 點(diǎn)，直接二甲醚燃料電池開(kāi)始受到關(guān)注。陽(yáng)極二甲醚燃料供給機(jī)構(gòu)作為燃料電池的重要組成部分，對(duì)于直接二甲醚燃料電 池的性能有著至關(guān)重要的作用。直接二甲醚燃料電池是繼質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)和 直接甲醇燃料電池(DMFC)之后發(fā)展起來(lái)的，目前直接二甲醚燃料電池的進(jìn)料系統(tǒng)一直沿 用PEMFC的氣體進(jìn)料系統(tǒng)和DMFC的液體進(jìn)料系統(tǒng)，并沒(méi)有設(shè)計(jì)出符合二甲醚燃料特性的物 料供給系統(tǒng)。在聚合物燃料電池中水起著舉足輕重的作用，質(zhì)子的傳遞需要聚合物電解質(zhì)膜有 一定的潤(rùn)濕性；同時(shí)有機(jī)燃料的陽(yáng)極氧化反應(yīng)也需要水的參與；陰極氧化劑氣體還原生成 的水不能及時(shí)排出反而會(huì)水淹電極。在以H2為燃料的PEMFC中，通常以鼓泡加濕的方式來(lái) 滿足燃料電池所需的水；在DMFC中直接以甲醇水溶液進(jìn)料。二甲醚在常溫常壓下為氣體， 且可以溶解到水溶液中，因此陽(yáng)極的二甲醚燃料即可以溶液進(jìn)料也可以以氣體方式進(jìn)料。 當(dāng)二甲醚以氣體進(jìn)料時(shí)，由于Imol 二甲醚反應(yīng)需要3mol水，傳統(tǒng)的鼓泡加濕并不能滿足反 應(yīng)所需的水；當(dāng)二甲醚以溶液進(jìn)料時(shí)，隨著電池運(yùn)行溫度的升高，二甲醚溶解度降低，在大 電流放電時(shí)，出現(xiàn)濃差極化。以上兩種進(jìn)料方式都限制了直接二甲醚燃料電池性能的提高， 因此有必要開(kāi)發(fā)一種適合二甲醚燃料特性的新型進(jìn)料系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有直接二甲醚燃料電池采取傳統(tǒng)鼓泡加濕補(bǔ)水不足和二甲 醚溶液進(jìn)料時(shí)溶解度低，導(dǎo)致大電流放電時(shí)出現(xiàn)濃差極化等缺陷，提供了一種新型的直接 二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)。直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，它包括二甲醚氣體補(bǔ)充裝置、恒流泵、陽(yáng)極 節(jié)流閥和高溫高壓混合腔，所述二甲醚氣體補(bǔ)充裝置的二甲醚氣體流出口與高溫高壓混 合腔的二甲醚氣體流入口連通；恒流泵的進(jìn)水口設(shè)置在水中，所述恒流泵的出水口與高溫 高壓混合腔的入水口連通；高溫高壓混合腔的出口與燃料電池的陽(yáng)極入口連通；陽(yáng)極節(jié)流 閥設(shè)置在燃料電池的陽(yáng)極排氣口處，用于控制二甲醚氣體補(bǔ)充裝置進(jìn)入燃料電池的二甲 醚氣體流量；恒流泵用于控制進(jìn)入燃料電池的水流量；高溫高壓混合腔的腔內(nèi)溫度范圍為 100°C 250°C ；高溫高壓混合腔的腔內(nèi)壓力范圍為0. 05MPa 2. OMPa0
有益效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料過(guò)程中的水和二甲醚燃料 的獨(dú)立進(jìn)料，通過(guò)控制進(jìn)入直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極二甲醚燃料和水的流量大小，避免了 鼓泡加濕時(shí)，陽(yáng)極缺水的問(wèn)題，同時(shí)解決了二甲醚溶液進(jìn)料方式時(shí)出現(xiàn)的二甲醚溶液溶解 度低，導(dǎo)致大電流放電時(shí)由反應(yīng)物引起的濃差極化的問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料 系統(tǒng)，它包括二甲醚氣體補(bǔ)充裝置1、恒流泵3、陽(yáng)極節(jié)流閥51和高溫高壓混合腔4，所述二 甲醚氣體補(bǔ)充裝置1的二甲醚氣體流出口與高溫高壓混合腔4的二甲醚氣體流入口連通； 恒流泵3的進(jìn)水口設(shè)置在水中，所述恒流泵3的出水口與高溫高壓混合腔4的入水口連通； 高溫高壓混合腔4的出口與燃料電池6的陽(yáng)極入口連通；陽(yáng)極節(jié)流閥51設(shè)置在燃料電池6 的陽(yáng)極排氣口處，用于控制二甲醚氣體補(bǔ)充裝置1進(jìn)入燃料電池6的二甲醚氣體流量；恒 流泵3用于控制進(jìn)入燃料電池6的水流量；高溫高壓混合腔4的腔內(nèi)溫度范圍為100°C 2500C ；高溫高壓混合腔4的腔內(nèi)壓力范圍為0. 05MPa 2. OMPa。本實(shí)施方式中的燃料電池6也可以是燃料電池組。工作原理在燃料電池在運(yùn)行過(guò)程中，陽(yáng)極二甲醚氣體利用二甲醚氣體補(bǔ)充裝置 1自身的壓力進(jìn)入高溫高壓混合腔4，與此同時(shí)水通過(guò)恒流泵3也輸入進(jìn)高溫高壓混合腔4， 并在較高的溫度下進(jìn)行汽化，二甲醚和水蒸汽在混合腔內(nèi)充分混合后進(jìn)入燃料電池(組)， 參加電化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高溫高壓直接二甲醚燃料電池(組)的陽(yáng)極進(jìn)料。本具體實(shí)施方式
通過(guò)陽(yáng)極節(jié)流閥51控制二甲醚氣體補(bǔ)充裝置1進(jìn)入燃料電池6 的二甲醚氣體流量，通過(guò)恒流泵3控制進(jìn)入燃料電池6的水流量，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立控制陽(yáng)極二甲 醚燃料和水的流量，避免了鼓泡加濕時(shí)，陽(yáng)極缺水的問(wèn)題，以及解決了二甲醚溶液進(jìn)料方式 時(shí)出現(xiàn)的二甲醚溶液溶解度低，導(dǎo)致大電流放電時(shí)由反應(yīng)物引起的濃差極化的問(wèn)題；并且 本實(shí)施方式中直接二甲醚燃料電池(組)在較高的溫度、壓力下運(yùn)行，進(jìn)一步提高了直接二 甲醚燃料電池(組)其本身的反應(yīng)性能；同時(shí)，直接二甲醚燃料電池(組)在上述較高的溫 度下運(yùn)行時(shí)，還能夠有效減緩反應(yīng)中間產(chǎn)物吸附在催化劑活性位上導(dǎo)致催化劑中毒的現(xiàn)象 發(fā)生，再進(jìn)一步提高了電池的性能。本實(shí)施實(shí)施方式中陰極排氣口處設(shè)置有陰極節(jié)流閥52， 用于控制燃料電池6陰極的進(jìn)氣口流入的氣體的流量，所述氣體為02或空氣。本實(shí)施方式 通過(guò)收集兩個(gè)節(jié)流閥流出的氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)陰陽(yáng)極尾氣中所含水汽的冷凝回收，供給陽(yáng)極再 反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)利用。
具體實(shí)施方式
二、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一所述的直接二甲醚燃料電池 陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，高溫高壓混合腔4的腔內(nèi)溫度范圍為100°C 160°C。
具體實(shí)施方式
三、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一或二所述的直接二甲醚燃料 電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，二甲醚氣體補(bǔ)充裝置1包括二甲醚氣罐11和壓力調(diào)節(jié)裝置 12，所述二甲醚氣罐11的二甲醚氣體流出口是二甲醚氣體補(bǔ)充裝置1的二甲醚氣體流出 口 ；壓力調(diào)節(jié)裝置12設(shè)置在二甲醚氣罐11的二甲醚氣體流出口處，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力。
本實(shí)施方式中二甲醚氣體利用二甲醚氣罐11自身的壓力進(jìn)入高溫高壓混合腔4。
具體實(shí)施方式
四、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
三所述的直接二甲醚燃料電池 陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，壓力調(diào)節(jié)裝置12的壓力可調(diào)范圍是0. 05MPa 0. 6MPa。
具體實(shí)施方式
五、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一、二或四所述的直接二甲醚 燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，二甲醚氣體補(bǔ)充裝置1還包括流量計(jì)13，所述流量計(jì) 13設(shè)置在高溫高壓混合腔4的二甲醚氣體流入口處，用于顯示流入高溫高壓混合腔4的二 甲醚氣體流量。本實(shí)施方式中的流量計(jì)13用于測(cè)量進(jìn)入高溫高壓混合腔4的二甲醚氣體的流量。
具體實(shí)施方式
六、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
五所述的直接二甲醚燃料電池 陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，它還包括儲(chǔ)水罐2，恒流泵3的入水口與儲(chǔ)水罐2的出水口連通。
具體實(shí)施方式
七、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一、二、四或六所述的直接二甲 醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，它還包括兩組加熱控溫裝置7，所述其中一組加熱控 溫裝置7的加熱面固定在燃料電池6上；另一組加熱控溫裝置7的加熱面固定在高溫高壓 混合腔4上。實(shí)施方式中，燃料電池6的加熱控溫裝置7用于對(duì)燃料電池6進(jìn)行溫度控制，保證 其內(nèi)部的反應(yīng)溫度。高溫高壓混合腔4上設(shè)置有加熱控溫裝置7，用于給高溫高壓混合腔4 加熱，保持腔內(nèi)溫度，使腔內(nèi)的水充分汽化以及使反應(yīng)物混合均勻。
具體實(shí)施方式
八、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一至七所述的直接二甲醚燃料 電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，固定在燃料電池6上的加熱控溫裝置7的可控溫度范圍 是100°C 140°C，固定在高溫高壓混合腔4上加熱控溫裝置7的可控溫度范圍是100°C 160 "C。
具體實(shí)施方式
九、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一至八所述的直接二甲醚燃料 電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，二甲醚氣體補(bǔ)充裝置1的二甲醚氣體的流量范圍是20ml/ min 500ml/mino具體實(shí)施方式
十、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一至九所述的直接二甲醚燃料 電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)的區(qū)別在于，高溫高壓混合腔4進(jìn)水量的范圍是0. lml/min 50ml/min。
權(quán)利要求
直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征是它包括二甲醚氣體補(bǔ)充裝置(1)、恒流泵(3)、陽(yáng)極節(jié)流閥(51)和高溫高壓混合腔(4)，所述二甲醚氣體補(bǔ)充裝置(1)的二甲醚氣體流出口與高溫高壓混合腔(4)的二甲醚氣體流入口連通；恒流泵(3)的進(jìn)水口設(shè)置在水中，所述恒流泵(3)的出水口與高溫高壓混合腔(4)的入水口連通；高溫高壓混合腔(4)的出口與燃料電池(6)的陽(yáng)極入口連通；陽(yáng)極節(jié)流閥(51)設(shè)置在燃料電池(6)的陽(yáng)極排氣口處，用于控制二甲醚氣體補(bǔ)充裝置(1)進(jìn)入燃料電池(6)的二甲醚氣體流量；恒流泵(3)用于控制進(jìn)入燃料電池(6)的水流量；高溫高壓混合腔(4)的腔內(nèi)溫度范圍為100℃～250℃；高溫高壓混合腔(4)的腔內(nèi)壓力范圍為0.05MPa～2.0MPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在于高溫高壓混 合腔⑷的腔內(nèi)溫度范圍為100°C 160°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在于二甲醚 氣體補(bǔ)充裝置(1)包括二甲醚氣罐(11)和壓力調(diào)節(jié)裝置(12)，所述二甲醚氣罐(11)的二 甲醚氣體流出口是二甲醚氣體補(bǔ)充裝置(1)的二甲醚氣體流出口 ；壓力調(diào)節(jié)裝置(12)設(shè)置 在二甲醚氣罐(11)的二甲醚氣體流出口處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在于壓力調(diào)節(jié)裝 置(12)的壓力可調(diào)范圍是0. 05MPa 0. 6MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在于二甲 醚氣體補(bǔ)充裝置(1)還包括流量計(jì)(13)，所述流量計(jì)(13)設(shè)置在高溫高壓混合腔(4)的二 甲醚氣體流入口處，用于顯示流入高溫高壓混合腔(4)的二甲醚氣體流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在于它還包括儲(chǔ) 水罐(2)，恒流泵(3)的入水口與儲(chǔ)水罐(2)的出水口連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在于它 還包括兩組加熱控溫裝置(7)，所述其中一組加熱控溫裝置(7)的加熱面固定在燃料電池 (6)上；另一組加熱控溫裝置(7)的加熱面固定在高溫高壓混合腔(4)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在于固定在燃料 電池(6)上的加熱控溫裝置(7)的可控溫度范圍是100°C 140°C，固定在高溫高壓混合腔 ⑷上加熱控溫裝置(7)的可控溫度范圍是100°C 160°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、6或8所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在 于二甲醚氣體補(bǔ)充裝置(1)的二甲醚氣體的流量范圍是20ml/min 500ml/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，其特征在于高溫高壓 混合腔(4)進(jìn)水量的范圍是0. lml/min 50ml/min。
全文摘要
直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料系統(tǒng)，涉及燃料電池技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有直接二甲醚燃料電池采取傳統(tǒng)鼓泡加濕補(bǔ)水不足和二甲醚溶液進(jìn)料時(shí)溶解度低，導(dǎo)致大電流放電時(shí)出現(xiàn)濃差極化等缺陷的問(wèn)題。它的二甲醚氣體補(bǔ)充裝置的二甲醚氣體流出口與高溫高壓混合腔的二甲醚氣體流入口連通；恒流泵的出水口與高溫高壓混合腔的入水口連通；高溫高壓混合腔的出口與燃料電池的陽(yáng)極入口連通；陽(yáng)極節(jié)流閥設(shè)置在燃料電池的陽(yáng)極排氣口處，本發(fā)明使直接二甲醚燃料電池能夠在更高的溫度、壓力下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立控制陽(yáng)極二甲醚燃料和水的流量，提高了燃料電池的性能。本發(fā)明適用于直接二甲醚燃料電池陽(yáng)極進(jìn)料。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101924226SQ201010269228
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者尹鴿平, 張生, 杜春雨, 王振波, 邢樂(lè)紅, 陳廣宇 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)