[发明专利]一种气液分区进料的直接二甲醚燃料电池及其产电方法

说明书

一种气液分区进料的直接二甲醚燃料电池，涉及一种直接二甲醚燃料电池。目的是解决直接二甲醚燃料电池阳极反应需水和电池内阻大的问题。本发明电池中阳极流场板内表面并列设置有截面为槽状的液体流道和截面为槽状的气体流道；液体流道为蛇型或直线型，气体流道为蛇型，蛇型的气体流道的出口为封闭端。本发明二甲醚水溶液和二甲醚气体分别从不同的进料口进入阳极流场的液体燃料区和气体燃料区，阳极扩散层的PTFE使用量降低，电池内阻减小，电池性能高，电池在常压50℃时的最大功率密度为32mw/cm²。本发明适用于制备燃料电池。

技术领域

本发明涉及一种直接二甲醚燃料电池及其产电方法。

背景技术

二甲醚(DME)是最简单的醚类，二甲醚分子内不含C－C键，易被氧化成CO₂。DME具有毒性微弱，无腐蚀性和致癌性，来源丰富，易被压缩成液体，储存和运输方便等优点，是一种新型的燃料电池燃料。直接二甲醚燃料电池(DDFC)是以二甲醚为燃料，空气或氧气为氧化剂，以质子交换膜作电解质膜的直接型燃料电池。DDFC具有启动速度快，能量密度高，燃料清洁，渗透率低等优点，可用作车载动力电源和移动便携式电源。

直接二甲醚燃料电池的燃料有二甲醚水溶液或二甲醚气体两种。二甲醚水溶液燃料为室温下的饱和二甲醚水溶液，浓度约为1.65mol/L。直接液体型燃料电池随着阳极燃料浓度的增大，电池性能提高，以二甲醚水溶液为燃料的直接二甲醚燃料电池性能受二甲醚在水中溶解度的限制，大电流放电性能较差。以二甲醚气体为燃料的直接二甲醚燃料电池，存在加湿不足，无法满足二甲醚阳极反应需水的技术问题。

此外，二甲醚水溶液为燃料的直接二甲醚燃料电池运行时，随着电池运行温度的升高，二甲醚在水中溶解度降低，一部分二甲醚气体从溶液中蒸发出来，这部分二甲醚气体需要气体通道进行传输，因此膜电极阳极要具有一定的憎水性。二甲醚气体为燃料的DDFC膜电极阳极也为憎水型电极。这两种电极中的聚四氟乙烯(PTFE)含量较高，聚四氟乙烯含量越高电极内部总传质通道体积越小，电池内阻越大，影响电池性能。

发明内容

本发明为了解决现有的直接二甲醚燃料电池存在加湿不足导致的无法满足DME阳极反应需水和膜电极阳极聚四氟乙烯含量高导致电池内阻大的问题，提出一种气液分区进料的直接二甲醚燃料电池及其产电方法。

本发明气液分区进料的直接二甲醚燃料电池由阳极流场板、阴极流场板、膜电极、端板、电热片、导线、外电路和绝缘垫片构成，膜电极位于阳极流场板和阴极流场板之间，阳极流场板和阴极流场板之间设置绝缘垫片，绝缘垫片中心为膜电极安放孔，膜电极嵌在绝缘垫片的膜电极安放孔内且与阳极流场板相对设置，阳极流场板和阴极流场板的外侧均设置有端板，端板外侧中心固定有加热片，外电路通过导线与端板连接，膜电极依次由叠放在一起的阳极扩散层、阳极催化剂层、电解质膜、阴极催化剂层和阴极扩散层构成，阳极流场板和阴极流场板采用石墨板；

所述阳极流场板内表面并列设置有截面为槽状的液体流道和截面为槽状的气体流道；

所述液体流道为蛇型，蛇型的液体流道的进口和出口设置在同侧；蛇型的液体流道的进口处设置有垂直阳极流场板的第一连接孔，第一连接孔一端与蛇型的液体流道的进口连通，第一连接孔的另一端与阳极流场板内设置的第一连接管出口连通，第一连接管设置于阳极流场板内，第一连接管进口设置于阳极流场板的一侧；蛇型的液体流道的出口处设置有垂直阳极流场板的第二连接孔，第二连接孔一端与蛇型的液体流道的出口连通，第二连接孔另一端与阳极流场板内的第二连接管进口连通，第二连接管设置于阳极流场板内，第二连接管出口与第一连接管进口同侧设置；