本實用新型涉及燃料電池技術領域，具體是一種驅(qū)動四軸旋翼飛行器的蒸汽式直接甲醇燃料電池。

背景技術：

蒸汽被動式直接甲醇燃料電池(V-DMFC)因為其更高的能量密度、更弱的甲醇穿透現(xiàn)象、延長的工作時間，具有更廣泛的開發(fā)和研究價值。

較大型的無人機配備燃燒式發(fā)動機，使用傳統(tǒng)燃油，如JP-8 或混合燃油來驅(qū)動，存在著能量轉換效率低、噪音大、續(xù)航能力差的問題；小型的無人機則大多使用電力發(fā)動機，一般由鋰電池來驅(qū)動，存在著壽命短、續(xù)航能力差的問題。

將蒸汽被動式直接甲醇燃料電池(V-DMFC)用于飛行器既可以降低飛行器的整體重量又可以提供穩(wěn)定且工作時間長的動力。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型就是針對上述問題，提供了一種實現(xiàn)蒸汽被動式直接甲醇燃料電池(V-DMFC)電池堆化以降低質(zhì)量、提高功率并應用到四軸旋翼飛行器上的設計方法，本實用新型采用滲透汽化膜作為電池的甲醇蒸汽供給工作原件，實現(xiàn)常溫狀態(tài)下的蒸汽供給；采用光固化樹脂作為電池框架的制造材料，保證電池質(zhì)量超輕量化，使小型四軸旋翼飛行器有能力承載；采用光固化快速成型技術作為制造工藝，解決傳統(tǒng)機械加工新型電池難度大的問題，同時使得電池輕量化。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種驅(qū)動四軸旋翼飛行器的蒸汽式直接甲醇燃料電池，包括具有空腔的外部框架及內(nèi)部框架，所述的外部框架及內(nèi)部框架的橫截面均為邊數(shù)相同的正多邊形，所述內(nèi)部框架居中設置在外部框架空腔內(nèi)，

所述內(nèi)部框架的空腔中設置有甲醇燃料腔，其外側面固定有滲透汽化膜；

所述外部框架內(nèi)壁的各平面上沿遠離外部框架軸線方向依次設置有陽極集電板、陽極親水燒結板、電池膜電極區(qū)、陰極疏水燒結板、陰極集電板。

進一步地，所述的外部框架及內(nèi)部框架的橫截面均為正八邊形。

進一步地，所述的內(nèi)部框架各側面開有直徑為2~4mm的圓孔，開孔率為45~60%；所述外部框架各側面沿長度方向分別開有若干矩形孔。

進一步地，所述陽極集電板上設置有直徑為2~4mm圓孔陣列，開孔率為45-60%。

進一步地，所述陽極親水燒結板采用銅粉或不銹鋼粉燒結而成，孔隙率50~60%。

進一步地，陰極疏水燒結板為具有疏水性質(zhì)的纖維燒結多孔板，燒結原材料為銅纖維或者不銹鋼纖維，孔隙率為70~80%，接觸角130~140°。

進一步地，所述陰極集電板設置有直徑為2~4mm圓孔陣列，開孔率為45-60%。

進一步地，所述的滲透汽化膜采用質(zhì)子交換膜。

進一步地，所述內(nèi)部框架和外部框架為一體式結構，由光敏樹脂經(jīng)光固化快速成型技術制備而成。

進一步地，所述的內(nèi)部框架和外部框架均設置有拔模斜度。

相對于現(xiàn)有技術，本實用新型的具有如下優(yōu)點：

（1）本實用新型采用了單一液態(tài)腔的供料方式，設計出多棱臺燃料電池堆結構，很大程度上減少了燃料電池堆所占用的空間，降低了整體質(zhì)量，達到輕量化的效果。

（2）本實用新型采用了一體化的電池框架結構，避免了螺栓等所需零件較多且增加質(zhì)量的聯(lián)接方式。

（3）本實用新型采用了光固化快速成型技術作為制造工藝，解決傳統(tǒng)機械加工新型電池難度大，價格昂貴等問題，在保證機械強度的同時使得電池輕量化。

（4）本實用新型根據(jù)外部結構和內(nèi)部結構同錐度的錐形結構設計以及光敏樹脂材料的使用，使得外部結構和內(nèi)部結構能在壓力下相互壓緊裝配。

（5）本實用新型將蒸汽式直接甲醇燃料電池應用到四軸旋翼飛行器，提高了飛行器的續(xù)航能力。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的燃料電池整體外觀示意圖。

圖2是本實用新型實施例的燃料電池全剖視圖。

圖3是圖2中A處放大示意圖。

圖中所述為：1-外部框架；2-陰極集電板；3-陰極疏水燒結板；4-電池膜電極區(qū)；5-陽極親水燒結板；6-陽極集電板；7-蒸汽腔；8-滲透汽化膜；9-甲醇燃料腔；10-側面窗體結構。

具體實施方式

為進一步理解本實用新型，下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明，但是需要說明的是，本實用新型要求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。

如圖2中所示，一種驅(qū)動四軸旋翼飛行器的蒸汽式直接甲醇燃料電池，包括具有空腔的外部框架1及內(nèi)部框架，所述的外部框架1及內(nèi)部框架的橫截面均為邊數(shù)相同的正八邊形，所述內(nèi)部框架居中設置在外部框架1空腔內(nèi)，所述內(nèi)部框架的空腔中設置有甲醇燃料腔9，其外側面固定有滲透汽化膜8；所述外部框架1內(nèi)壁的各平面上沿遠離外部框架1軸線方向依次設置有陽極集電板6、陽極親水燒結板5、電池膜電極區(qū)4、陰極疏水燒結板3、陰極集電板2。

所述陰極集電板2采用直徑為2~4mm開孔率為64%的大圓孔陣列，陰極疏水燒結板3采用8塊具有疏水性質(zhì)的銅纖維燒結多孔板，尺寸參數(shù)為170mmx27mm，孔隙率為70%，厚度1mm，接觸角130°；所述陽極集電板6上設置有直徑為2~4mm小圓孔陣列，開孔率為28%；所述陽極親水燒結板5采用銅粉燒結燒結板，尺寸參數(shù)170mmx27mm，銅粉粒徑100~125μm，孔隙率50%，厚度1mm；所示滲透汽化膜8采用杜邦公司的N117質(zhì)子交換膜，單個有效工作面積為105mmx7mm，有6個工作面；所述滲透膜電極區(qū)4單個反應區(qū)域面積160mmx20mm，有8個工作面。外部框架1為正八棱臺，底面為邊長27mm的正八邊形，棱臺高176mm，拔模斜度為3度，8個側面分別開有3個5mmx160mm矩形孔10，形成側面窗體結構。內(nèi)部框架為與外部結構相配套的正八棱臺狀結構，其側面開有直徑3mm的圓孔，開孔率45%。

如圖1至圖3所示，甲醇燃料腔9為液態(tài)甲醇的暫存空間，并在側面固定滲透汽化膜8，并保證液態(tài)甲醇與滲透汽化膜8接觸，液態(tài)甲醇在滲透汽化膜8中發(fā)生吸附-溶解-釋放的過程，由于甲醇具有易揮發(fā)性質(zhì)，會在蒸汽腔7中揮發(fā)形成甲醇蒸汽，形成的甲醇蒸汽經(jīng)過擴散過程后充滿蒸汽腔7，接著通過陽極集電板6到達陽極親水燒結板5，陽極集電板6具有一定開口率，以增加甲醇傳質(zhì)阻力，起到抑制甲醇穿透的作用，到達陽極親水燒結板5的甲醇蒸汽會在毛細作用下被吸附蓄積，并在陽極親水燒結板5中均勻擴散，通過控制陽極親水燒結板5的孔隙率參數(shù)可以達到控制甲醇濃度的目的。

在陰極側，空氣通過側面窗體結構、陰極集電板2中的開孔進入到陰極疏水燒結板3，到達電池膜電極區(qū)4進行反應，陰極反應產(chǎn)物水蓄積在陰極疏水燒結板3的排斥作用下，被迫向陽極水濃度低的區(qū)域運動，從而實現(xiàn)陰極水反補，同時抑制陽極甲醇向陰極穿透，提到電池性能。

本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內(nèi)。