[实用新型]基于扩散率调节直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于清洁能源装置，特别涉及以隔板扩散率来控制的一种基于扩散率调节直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度的装置。

背景技术

直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell，简称DMFC)以直接甲醇为阳极燃料，无需将甲醇重整为富氢气体的甲醇重整器装置，具有系统结构简单、体积能量密度高、燃料易于贮存和运输、燃料补充方便等特点，是最适合用于小型电源、车用电源等的燃料电池。它直接用甲醇溶液作为“燃料”发电，反应后的产物只有水，是一种绿色的环保电池。所以直接甲醇燃料电池的研究具有十分重要的意义。

直接甲醇燃料电池中的甲醇浓度值的大小对直接甲醇燃料电池的工作有着非常重要的作用，当使用较低浓度的甲醇时电池电堆的输出的功率较低，当使用的甲醇浓度增加时，电池电堆的输出的功率会变大，但是当甲醇的浓度增加也会导致甲醇渗透作用增加，甲醇渗透不仅会使甲醇利用率降低，而且会使电堆温度过高，使电池的寿命缩短；当甲醇浓度升高到一定的值时，渗透作用产生的渗透超电势反而使电池性能下降，所以甲醇浓度的大小对直接甲醇燃料电池的正常工作有非常重要的意义。通常DMFC最适宜的甲醇浓度为1mol/L。

现有的控制直接甲醇燃料电池中甲醇浓度的方法是事先将甲醇溶液配好，然后供给电池使用，电池本身不能补给甲醇，一段时间后甲醇溶液的浓度会变的过分小，导致电池不能正常工作；并且由于所需要的甲醇溶液的浓度很低，因此通常需要一个很大的储液罐，使电池的体积增大。还有一种方法是通过控制微型泵抽取甲醇与水混合以得到一定浓度的甲醇溶液，但是微型泵的使用不仅会导致制造成本的增加，而且由于在直接甲醇燃料电池中所需要的甲醇量很小，会给甲醇的流量控制和浓度控制带来很大的困难，例如10W的电池一秒只需要几微升的甲醇，通常的办法就是每隔一定时间开启甲醇泵一下，这样虽然可以把甲醇浓度控制在一定范围，仍然会使甲醇浓度出现极大的波动，通常会使用一个较大的容器抑制甲醇浓度出现较大的波动，但是这样又会使系统的体积变大。泵的使用还会消耗电池的能量，是系统的发电效率降低，同时也使电池的结构更加复杂，使制造和维护的成本增大。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足提出了一种基于扩散率调节直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度的装置。其特征在于，基于扩散率调节直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度的装置的结构之一为纯甲醇容器1和纯甲醇容器2以连通管15连通，在纯甲醇容器2与甲醇溶液容器3之间用隔板17连通，带高度控制柄5的活塞4放置在纯甲醇容器2内，高度控制柄5和杠杆6的一端连接；在甲醇溶液容器3底部的弹簧材料13通过支杆和杠杆6的另一端连接，杠杆6支持在固定支撑7上；甲醇溶液容器3通过输送泵12与电堆9连接，电堆9的输送管8插入甲醇溶液容器3中，电堆9两边分别为阳极11和阴极10。

所述弹簧材料13为吸收甲醇的能力大于吸收水的能力的材料，该材料选用美国杜邦公司生产的Nafion 117的一种聚四氟乙烯材料。

所述基于扩散率调节直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度的装置的结构之二为在第一种结构中的电堆9内安装温度传感器18和在甲醇溶液容器3内放置溶液浓度传感器19，温度传感器18和溶液浓度传感器19再和控制器23连接；其次以电机21连接齿轮22，齿轮22再连接驱动活塞4的高度控制柄5，电机21通过电机控制信号线20和控制器23连接。

所述隔板17上有均匀分布的小孔，孔中填充有甲醇吸收材料24。

所述甲醇吸收材料为聚四氟乙烯、尼龙或聚乙烯。

本实用新型的有益效果是利用物质对不同液体具有不同吸收能力和以定向扩散来控制直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度的特性，同时利用某些材料体积会随甲醇溶液浓度变化的特性设计了一种适合于直接醇类电池的浓度控制系统，该装置具有体积小，结构简单，制造和维护成本低，同时也在工作时不消耗能量的优点。

附图说明

图1为实施方案-1示意图。

图2为实施方案-2示意图。

图3为隔板示意图。

图4为聚四氟乙烯在各种物质中体积的变化示意图。

图5为聚四氟乙烯对不同液体吸收能力示意图，a.聚四氟乙烯对水吸收能力示意图；b.聚四氟乙烯对甲醇液体吸收能力示意图.

具体实施方式

本实用新型提出了一种基于扩散率调节直接甲醇燃料电池甲醇溶液浓度的装置。下面结合附图对本实用新型予以具体说明。

实施方案-1