[发明专利]一种直接液体燃料电池发电装置

说明书

一种直接液体燃料电池发电装置，包括直接液体燃料电池系统和低温辅助启动部件。在电堆阴极入口设置一个换热器，利用电堆阳极出口的甲醇溶液的热量为空气加热。利用启动用电子负载产生的热量为冷凝器加热。利用气液分离器出液口甲醇溶液的热量为流入燃料补充泵的高浓度燃料预热。在气液分离器、液体燃料连通管上分别设置电加热元件。辅助启动部件主要包括带有刻度的辅助溶液储罐、PTC加热器、溶液输送泵、低温电池、电压变换器、外接电源连接器等部分。本发明直接甲醇燃料电池系统结构简单，通过低温辅助启动部件或者车内点烟器等外接电源辅助加热，可以在低温环境中启动与运行。低温辅助启动部件采用PTC加热器，不需要温度控制器，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种在低温环境中启动的直接液体燃料电池发电装置，具体的说包括直接甲醇燃料电池系统及低温辅助启动部件，尤其是适用需要在-20℃～-40℃低温环境中启动的直接甲醇燃料电池系统。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)是将及甲醇中的化学能直接转化为电能的一种化学反应装置。DMFC具有结构简单、燃料不需要重整、反应产物主要为水和二氧化碳，是环境友好的绿色能源等优点，被认为是十分理想的小型化可移动电源之一，在交通、通讯、军事、航天等方面具有广阔的应用前景。

DMFC大都使用高浓度或纯甲醇为燃料，但在电极催化层发生反应的是浓度较低的甲醇溶液，在0℃以下的环境中很容易结冰。纯甲醇的冰点为-97℃，可以直接存储在低温环境中。DMFC在-20℃～-40℃的低温环境中启动时，如果冷空气直接进入燃料电池电堆阴极，不仅会使电堆的温度分布不均匀，还容易使先接触到冷空气的阴极气体扩散层内局部结冰，影响性能。由于-20℃～-40℃的纯甲醇对泵内的密封材料影响很大，很难采购到适合输送-20℃～-40℃纯甲醇的微型燃料泵。如果采用电加热的方式给空气及纯甲醇预热，则会增加电能的消耗，减少系统的输出电能。

在低温环境中，虽然将DMFC系统内的甲醇溶液排空，可以避免因甲醇溶液结冰而造成气液分离器等部件的损坏，但是再次使用时如果气液分离组件内没有甲醇溶液，DMFC是无法正常启动的。DMFC在冬季的运输过程中，很难保证系统始终处在0℃以上的环境中。在-20℃～-40℃的环境中用于启动系统的辅助溶液早已结成冰块了，也无法加入到DMFC中。作为可移动电源，受体积与重量的限制，DMFC内部集成的二次电池大都采用锂电池，容量一般都比较小。况且，在-20℃～-40℃环境中普通锂电池的放电能力大幅下降，很难提供更多的电能用于加热。

美国专利6103410公开了一种将少量氧化剂与少量的燃料，如氢气引入到电堆阴极，在阴极催化剂的作用下燃料与氧化剂发生反应放出热量，同时生成水。可以将电堆内部的冰融化，并使电堆升到可以启动的温度。但是这样操作也容易降低阴极催化剂的活性，也容易对电极结构造成一定的损坏。而且这种方法需要将氢气与氧化剂混合在一起，操作不当容易发生安全事故。如果将纯甲醇引入到直接甲醇燃料电池的阴极，则会发生剧烈的反应，损坏电极。甲醇溶液在温度较低的环境中已经结冰了。

中国发明专利200910012179.1公开了一种质子交换膜燃料电池低温启动系统及启动方法，采用置于冷却剂中的由相变材料做成的储热袋将燃料电池工作时产生的废热储存起来，当在低温条件下启动时先使储热袋放热，加热冷却剂，然后通过冷却剂给电堆加热。燃料电池正常工作后热带再次储存热量。直接甲醇燃料电池没有冷却剂，依靠空气为阴极生成的水或阳极的甲醇溶液冷却，进而控制电堆的温度。