专利名称：直接二甲醚燃料电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃料电池，特别涉及一种直接二甲醚燃料电池。
背景技术：
直接二甲醚燃料电池(简称DDFC)，是在阳极侧直接加入二甲醚气体或二甲醚溶 液作为燃料，而无需重整，在阴极侧通入空气或空气作为氧化剂，用质子交换膜分隔阳极和 阴极，采用碳载铂或碳载铂系合金作为电催化剂，并且可以将多个这样的燃料电池单体串 联或并联成电堆使用，将化学能装换为电能的装置。直接二甲醚燃料电池除了具有一般燃 料电池清洁、高效等优点外，还有它自身的特点和优势如二甲醚的毒性微弱，燃料从阳极 透过电解质膜向阴极的渗透小，理论比能量高，燃料来源丰富、安全、储运方便等。由于其燃 料的特殊性，既适宜于手机、笔记本等便携式电源，也适宜移动电源和混合电动车的电源。 因此，目前国内有多家科研机构都对直接二甲醚燃料电池进行了深入的研究，研究主要集 中在二甲醚的电氧化机理、阳极电催化剂、电池运行条件等方面。 二甲醚在常温常压下以气体形式存在，也可以溶解到水中形成二甲醚水溶液， 2(TC时二甲醚在水中的饱和浓度为1.65mol L—、这个浓度与直接醇类燃料电池的燃料甲 醇、乙醇所用的浓度较接近。因此直接二甲醚燃料电池的燃料既可以是二甲醚气体也可以 是二甲醚溶液。但当以二甲醚溶液作为燃料的电池在高温运行时，由于二甲醚在水中的溶 解度随着温度的升高而降低，使得一部分二甲醚以气体形式从溶液中蒸发出来。二甲醚溶 液作为电池燃料时，要求膜电极为亲水型电极，电极内部以液路为主，而二甲醚气体的产生 势必会影响二甲醚液体在电极内部的传输，导致电池性能下降。
实用新型内容为了解决以二甲醚水溶液作为燃料的直接二甲醚燃料电池在高温运行时，由于二 甲醚在水中的溶解度随着温度的上升而下降，使得一部分二甲醚以气体形式从溶液中蒸发 出来，影响了二甲醚在电极内部的传输，导致电池性能下降的问题。本实用新型提出了一种 直接二甲醚燃料电池，以使二甲醚燃料能够更加充分、合理的利用，不仅提高了二甲醚燃料 的利用效率，而且提高了电池的放电性能。 本实用新型涉及的直接二甲醚燃料电池是由采用石墨板的阳极流场板、阴极流场 板和膜电极构成，其特殊之处是所述的阳极流场板的流场分为三个部分，分别为位于阳极 流场板中间的液相区、位于阳极流场板两侧的气相区和位于液相区与气相区相交处的扩散 区，膜电极上与液相区相对应的部分为亲水型电极、与气相区相对应的部分为憎水型电极、 与扩散区相对应的部分为弱憎水型电极。 上述的直接二甲醚燃料电池，扩散区是由镶嵌在阳极流场板表面的聚四氟乙烯板 构成。 上述的直接二甲醚燃料电池，液相区的流场结构为点状流场、蛇型流场或直线型 流场。[0008] 上述的直接二甲醚燃料电池，气相区的流场结构为直线型流场或蛇型流场。 电池工作时，在液相区中通入二甲醚水溶液燃料，由于二甲醚在水中的溶解度随 着温度的升高而降低，当电池在高温运行时，液相区中的二甲醚将有一部分以气体形式从 水溶液中逸出，由于压力的原因，二甲醚气体将通过扩散区从液相区中扩散到气相区中，此 时，二甲醚水溶液在液相区，二甲醚气体在气相区同时进行着电化学反应，解决了以二甲醚 水溶液作为燃料的直接二甲醚燃料电池在高温运行时，由于二甲醚在水中的溶解度降低， 所逸出的部分二甲醚气体影响电池正常运行的问题。使得二甲醚燃料能够更加充分、合理 的利用，不但提高了二甲醚燃料的利用效率，并且电池性能提高了 20%。
图1是本实用新型的结构示意图； 图2是图1中阳极流场板内部结构示意图； 图3是图2的A-A剖视图； 图4是图1中膜电极结构示意图； 图5是阳极流场板的液相区流场结构(蛇型流场)示意图； 图6是阳极流场板的液相区流场结构(直线型流场)示意图； 图7是阳极流场板的气相区流场结构(蛇型流场)示意图； 图8是本实用新型的阳极流场板(圆形)结构示意图。
具体实施方式实施例1 如图1 图4所示，该直接二甲醚燃料电池是由阳极流场板1 、阴极流场板3 、膜电 极2、端板4和设置在端板4上的加热片6构成，在阳极流场板1 一侧设有排气孔7，其中膜 电极2位于阳极流场板1和阴极流场板3之间，阳极流场板1和阴极流场板3采用石墨板。 阳极流场板1的流场分为三个部分，分别为位于阳极流场板1中间的液相区103、位于阳极 流场板1两侧的气相区101和位于液相区103与气相区101相邻处的扩散区102，所述的扩 散区102是由镶嵌在阳极流场板1表面的聚四氟乙烯板条构成。所述的液相区103与气相 区101的面积比为1 : 5-5 : 1。其中液相区103的流场结构为点状流场，也可为蛇型流场 (如图5所示)或直线型流场(如图6所示)，流场形状为长方形(也可为正方形)；气相 区101的流场结构为直线型流场，也可为蛇型流场(如图7所示)，流场形状为长方形(也 可为正方形)。膜电极2上与液相区103对应的部分为亲水型电极203、与气相区101对应 的部分为憎水型电极201、与扩散区102对应的部分为弱憎水型电极202。所述的膜电极2 的阳极扩散层是由碳和聚四氟乙烯组成，对应亲水型电极处阳极扩散层按照重量比是由聚 四氟乙烯0-5%和碳95-100%组成；对应憎水型电极阳极扩散层按照重量比是由聚四氟乙 烯25-70%和碳30-75%组成；对应弱憎水型电极阳极扩散层按照重量比是由聚四氟乙烯 5-25 %和碳75-95 %组成。 电池工作方式阳极二甲醚燃料是静止的，并在端板4上设置燃料罐5，燃料罐5 通过连接管与阳板流场板1的液体区103相通；阴极侧氧化剂是静止的(或流动的)，并 且氧化剂是空气。当电池在高温运行时，由于二甲醚在水中的溶解度随着温度的升高而降低，液相区103中的二甲醚将有一部分以气体形式从水溶液中逸出，由于压力的原因，二甲 醚气体将通过扩散区102从液相区103中扩散到气相区101中，此时，二甲醚水溶液在液相 区103，二甲醚气体在气相区101同时进行着电化学反应，不但提高了二甲醚燃料的利用效 率，而且提高了电池的放电性能。 实施例2 如图8所示，该直接二甲醚燃料电池的阳极流场板1的流场分为三个部分，分别为 位于阳极流场板1中间的液相区103、位于阳极流场板1周围的气相区101和位于液相区 103与气相区101相邻处的扩散区102，所述的扩散区102是由镶嵌在阳极流场板1表面的 聚四氟乙烯板条构成。其中液相区103的流场结构为点状流场，也可为蛇型流场，流场形状 为圆形；气相区101的流场结构为直线型流场(也可为蛇型流场)，流场形状为环形。其它 同实施例1。
权利要求一种直接二甲醚燃料电池，由采用石墨板的阳极流场板、阴极流场板和膜电极构成，其特征是所述的阳极流场板的流场分为三个部分，分别为位于阳极流场板中间的液相区、位于阳极流场板两侧的气相区和位于液相区与气相区相邻处的扩散区，膜电极上与液相区相对应的部分为亲水型电极、与气相区相对应的部分为憎水型电极、与扩散区相对应的部分为弱憎水型电极。
2. 根据权利要求1所述的直接二甲醚燃料电池，其特征是扩散区是由镶嵌在阳极流 场板表面的聚四氟乙烯板条构成。
3. 根据权利要求1所述的直接二甲醚燃料电池，其特征是液相区的流场结构为点状 流场、蛇型流场或直线型流场。
4. 根据权利要求1所述的直接二甲醚燃料电池，其特征是气相区的流场结构为直线 型流场或蛇型流场。
专利摘要一种直接二甲醚燃料电池，是由阳极流场板、阴极流场板和膜电极构成，其特殊之处是阳极流场板的流场分为三个部分，分别为位于阳极流场板中间的液相区、位于阳极流场板两侧的气相区和位于液相区与气相区相邻处的扩散区，膜电极上与液相区、气相区和扩散区相对应的部分分别为亲水型电极、憎水型电极和弱憎水型电极。可解决以二甲醚水溶液作为燃料的直接二甲醚燃料电池在高温运行时，由于二甲醚在水中的溶解度随着温度的上升而下降，使得一部分二甲醚以气体形式从溶液中蒸发出来，影响了二甲醚在电极内部的传输，导致电池性能下降的问题。能使二甲醚燃料更加充分、合理的利用，不仅提高了二甲醚燃料的利用效率，而且提高了电池的放电性能。
文档编号H01M8/02GK201490272SQ20092027239
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者尹鸽平, 左朋建, 张庆国, 王振波, 蔡克迪, 金振兴, 魏颖 申请人:渤海大学