专利名称：一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板的制作方法
技术领域：
一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板技术领域[0001]本实用新型涉及一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板。
技术背景[0002]直接甲醇燃料电池(DMFC)以其能效高，体积小，结构简单，低排放等特点具 有巨大的潜在应用市场和发展前景，尤其是以甲醇溶液为燃料在80°C温度以下运行的直 接甲醇燃料电池以其燃料易储存、携带和运行较安全更被业界看好，现阶段已经有多家 单位制备了电堆。学者们提出二氧化碳的产生可能会使阳极流体体积增大26倍，所以阳 极二氧化碳管理尤为重要，尤其在大电流放电情况下，甚至会造成严重的浓差极化，成 为电化学反应的控制步骤，严重影响电堆放电性能。而，现有流场设计均靠进料口和出 料口的压力差将二氧化碳排出，效率较低。发明内容[0003]针对直接甲醇燃料电池(或电堆)阳极二氧化碳管理，本实用新型提供了一种阳 极流场板以顺利排出二氧化碳气体，回收流经流场后的两种不同浓度的甲醇溶液。[0004]本实用新型是一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板，其目标是在阳极侧的 流场中为二氧化碳气体提供单独的气体流道。具体特征是流场板材质为石墨，包括流道7 和流道2，所述的流道7为单蛇流道构成甲醇溶液液体流场，流道2为独立的平行流道构 成在三维空间不与液体流场相连通的二氧化碳气体流场，液体流道7和气体流道2相间， 且以脊3为界相分开，甲醇溶液由端口 1进入液体流道7，由端口 8排出的过程中，反应 产生的二氧化碳气体通过气体流道2，从排气口排出。[0005]本实用新型的一个技术方案是上述的排气口包括端口 5和端口 6。[0006]本实用新型的另一个技术方案是上述的流道2通过在板体上镂空的中空通道9连 通，所述中空通道9嵌于阳极流场石墨板内与液体流道7不相交，气体通过流道2收集起 来经中空通道9由端口 10排出。[0007]本实用新型的再一个技术方案是上述流道7宽0.5mm 1.5mm，深0.2mm 1.5mm ；流道 2 宽 0.25mm 1.5mm,深 0.2mm 3mm ；脊 3 宽 0.2mm 1.5mm。[0008]本实用新型的优点[0009]本流场板结构打破了传统的流场原料和产物共流道的形式，适用于便携式直接 甲醇燃料电池(电堆)阳极，甲醇溶液由于没有二氧化碳气体的阻碍，可以更加顺畅的 流经液体流场通过扩散层到达催化层进行反应，产生的二氧化碳气体可以在渗透过来液 体的压力下收集到气体流道内排出，提高了甲醇溶液的利用率，尤其在大电流放电过程 中，可以改善电池性能。
[0010]附图1为本实用新型示例的流场板平面结构示意图。[0011]附图2为本实用新型示例的单池气体流场和液体流场立体流场板结构示意图。[0012]附图3为附图2流场板的平面结构示意图。[0013]附图4为附图2流场板两侧结构示意图。[0014]附图中1为液体流场一端口，可为甲醇溶液的进料口(或出料口)，2为填充 二氧化碳气体的气体流道沟槽，3为液体流场和气体流场相间的脊，4为石墨基体流场 板，5、6均为气体流场出口，7为甲醇溶液的单蛇流沟槽，8为液体流场另一端口，9为 连通气体流场的中空通道，10为中空通道9的端口。
具体实施方式
[0015]实施例1[0016]采用石墨板为流场板4，机械加工镂空深度为Imm后制得槽宽Imm的液体流道 7和0.5mm宽，深为Imm的气体流道2，则脊3宽0.5mm，甲醇溶液由端口 1进入液体 流道7，由端口 8排出的过程中，两个端口之间液体存在压力差，则，部分甲醇溶液渗透 穿过扩散层进入催化层反应产生二氧化碳气体，产生的二氧化碳气体和极少量浓度极低 的甲醇水溶液被反应液通过扩散层压进气体流道2，从端口 5、6排出，以完成传质，同 时可回收两种不同浓度的甲醇溶液。[0017]阳极液体流场和阴极流场均可采用不同的形式，如单蛇形、多蛇形、平行形 等，但，阳极气体流场一般设置为平行流道以便气体通过最小的压力差排出电池体系。[0018]实施例2[0019]采用石墨板为流场板4，在所述石墨板两侧分别加工镂空深度为0.2mm后制得槽 宽0.5mm的液体流道7和0.25mm宽，深为0.2mm的气体流道2，则脊3宽0.2mm。端 口 1做成垂直于流场板打成洞使得甲醇溶液进入液体流道7，端口 8亦做成垂直于流场板 打成洞排出反应剩余的甲醇溶液，产生的二氧化碳气体和极少量浓度极低的甲醇水溶液 被反应液通过扩散层压进气体流道2，将端口 5、6亦做成垂直于流场板打成洞以排出产 物，完成传质。[0020]本阳极流场板设计为双极板制作电堆，液体流场的端口 1、8和气体流场出口 5、6处均可分别打孔以串联起其他双极板实现电堆物料传输通道。[0021]实施例3[0022]为减小流场无效面积，直接甲醇燃料电池单池阳极流场板可设计成如图2所示 的双层且立体不相交的液体流场7和气体流场2，液体流道7宽X深为1.5mmX 1.5mm， 气体流道2宽X深为1.5mmX3mm，脊3宽为1.5mm，属于气体流场的中空通道9贯通 整个气体流道2，且与气体流道2槽底，如图4所示的端口 10长X宽为10mmX0.5mm， 则嵌入流场板中的通道9与液体流道槽底距离为1mm。甲醇溶液由端口 1进入液体流场 7,由端口 8排出电池体系，产生的二氧化碳气体被液体压进气体流场2并收集到仅与气 体流道2相交的中空通道9中，由端口 10排出电池。该实施方式可以减少1个气体出口 且不减少液体流场面积，适用于单池。
权利要求1.一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板，其特征是流场板材质为石墨，包括流 道(7)和流道0)，所述的流道(7)为单蛇流道构成甲醇溶液液体流场，流道( 为独立 的平行流道构成在三维空间不与液体流场相连通的二氧化碳气体流场，液体流道(7)和 气体流道( 相间，且以脊C3)为界相分开，甲醇溶液由端口(1)进入液体流道(7)，由 端口(8)排出的过程中，反应产生的二氧化碳气体通过气体流道O)，从排气口排出。
2.根据权利要求1所述的一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板，其特征在于所述 的排气口包括端口 (5)和端口(6)。
3.根据权利要求1所述的一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板，其特征在于所述 的流道(2)通过在板体上镂空的中空通道(9)连通，所述中空通道(9)嵌于阳极流场石 墨 板内与液体流道(7)不相交，气体通过流道( 收集起来经中空通道(9)由端口(10)排 出ο
4.根据权利要求1所述的一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板，其特征在于所 述流道(7)宽 0.5mm 1.5mm，深 0.2mm 1.5mm ；流道(2)宽 0.25mm 1.5mm，深 0.2mm 3mm ；脊(3)宽 0.2mm 1.5mm。
专利摘要本实用新型一种便携式直接甲醇燃料电池阳极流场板，以石墨为材质，采用两套独立的镂空流道分别作为气体流道和液体流道。其中，较宽流道为液体流道，其一端为甲醇溶液液体进口，另一端为反应液出口；较窄流道为气体流道，两个端口均为反应后产生的二氧化碳气体和少量低浓度甲醇水溶液的出口。这样的构造设计不仅可以借助液体的压力推赶出二氧化碳气体，更有效的实现二氧化碳的管理，并且可以实现甲醇溶液在阳极侧定向顺畅的流动，提高了催化层面积的利用效率。本实用新型采用片状，原料廉价易得且流道易于加工，可用于单池，也可用于电堆，尤其在大电流密度下运行时，更突现本结构的可行性、必要性和重要性。
文档编号H01M4/86GK201812887SQ20102021809
公开日2011年4月27日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者刘桂成, 唐玲, 张超, 李建玲, 王一拓, 王新东, 王萌, 许军元, 赵婷婷 申请人:北京科技大学