[发明专利]一种用于被动式直接甲醇燃料电池的智能供料系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池的技术领域，尤其是指一种用于被动式直接甲醇燃料电池的智能供料系统。

背景技术

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，以下简称DMFC)是直接利用甲醇水溶液作为燃料，氧或空气作为氧化剂的一种燃料电池。

DMFC的半电池反应和总反应可表示如下：

阳极反应为CH₃OH+H₂O→6H⁺+6e^-+CO₂

阴极反应为3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

电池总反应为CH₃OH+3/2O₂→2H₂O+CO₂

DMFC由于具有较高的能量密度，燃料易得，使用便利，设备简单，绿色环保等优点，被业内认为是最有潜力率先实现市场化的一类燃料电池。现阶段我国在DMFC研发方面虽然已经取得一定的研究成果，但是都是利用液态甲醇溶液作为原料，这不可避免地会遇到以下问题：（1）甲醇穿透现象严重；（2）甲醇浓度低，到达阳极的甲醇被稀释；（3）反应温度低导致电池活性低；（4）电池两极均存在两相传质受阻现象。以上因素共同作用，大大限制了DMFC的性能，使得人们不得不继续探索采用蒸汽供给的形式为DMFC提供燃料。

以蒸汽形式为燃料电池供给燃料具有以下优点：（1）能够有效降低甲醇穿透；（2）有更高的工作温度和压力,提高电池反应速度；（3）可以实现纯甲醇供料，具有更高的能量密度；（4）能够有较高的传质速率，提高燃料供给速率。上述论述表明，采用蒸汽形式供给燃料的蒸汽供给被动式自呼吸直接甲醇燃料电池(Vapor-Fed Direct Methanol Fuel Cell,以下简称VDMFC)具有更加优异的输出性能，对于直接甲醇燃料电池的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以提高电池发电效率的用于被动式直接甲醇燃料电池的智能供料系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于被动式直接甲醇燃料电池的智能供料系统，包括有供料单元、单片机控制单元、温控单元、蒸发单元，其中，所述供料单元经输液联管连接蒸发单元的喷雾喷嘴，使输送至蒸发单元的液体燃料能以雾状喷出，所述蒸发单元设有沸腾强化板，且该沸腾强化板由蒸发单元的加热棒加热升温，能使雾状燃料汽化成蒸汽燃料；单片机控制单元分别与蒸发单元的压力传感器和供料单元连接，该压力传感器检测蒸发单元的内部压力，产生的电信号反馈至单片机控制单元，同时，该单片机控制单元通过其电磁继电器控制供料单元的供电电路的接通与断开；温控单元分别与蒸发单元的加热棒和热电偶连接，该热电偶检测蒸发单元的温度，产生的电信号反馈至温控单元，该温控单元根据反馈的电信号调节加热棒的加热温度。

所述蒸发单元包括有喷雾喷嘴、沸腾强化板、加热棒、压力传感器、热电偶、多孔金属纤维板和蒸发器腔体，其中，所述沸腾强化板在蒸发器腔体内上下分布，分有上沸腾强化板和下沸腾强化板；多孔金属纤维板设在上沸腾强化板的顶部，并与其连为一体，蒸发器腔体内产生的蒸汽燃料经该多孔金属纤维板导流后与电池反应体接触，产生电流；喷雾喷嘴装于蒸发器腔体四周的内侧壁上，且位于上、下沸腾强化板之间；压力传感器装于蒸发器腔体内，加热棒和热电偶内嵌于沸腾强化板。

所述供料单元包括有储液器和注射泵，其中，所述储液器与注射泵连接，该储液器的出口处连接有三通阀，该三通阀通过输液联管连接蒸发单元，且该输液联管的各分路上均安装有止回阀。

所述沸腾强化板由多块交错互通微沟槽翅化沸腾板堆叠而成，且多孔金属纤维板与上沸腾强化板中的微沟槽翅结构相互交错渗透。

所述单片机控制单元采用型号为PIC16F877A的单片机。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

（1）采用注射泵供料，可以根据实际需要为电池供料，打破传统直接甲醇燃料电池燃料容量固定难以补充的限制，灵活控制电池运行时间；

（2）采用沸腾强化板，可促进液体燃料汽化沸腾，加快电池的反应能力；

（3）多孔金属纤维板与上沸腾强化板采用热压烧结工艺无缝连接，金属纤维与上沸腾强化板中的微沟槽翅结构相互交错渗透，提供传质阻力，实现均匀传质，提高了电池膜电极的利用效率；