专利名称：一种自呼吸醇类燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明属于质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种自呼吸式醇类燃料电池。
背景技术：
燃料电池是一种电化学的发电装置，通过电化学反应将持续供给的燃料和氧化剂的化学能连续不断地转化为电能。相对内燃机而言，它不受卡诺循环的限制，能量转化效率高；环境友好，几乎不排放氮氧化物和硫氧化物，二氧化碳的排放量也比常规放电厂少 40%以上；相对蓄电池而言，燃料电池的能量密度和功率密度高，且无需等待充电。由于这些突出的优点，燃料电池技术的研究与开发备受各国政府与公司的关注，被认为是21世纪首选的、洁净的、高效的发电技术。燃料电池的研究与开发，不仅有利于能源工业和电池工业的发展，而且必将推动电子工业、材料工业、医疗通讯等领域的技术进步，对提高资源利用率和解决环境污染问题等国家战略需求具有重要意义。直接醇类燃料电池使用甲醇、乙醇、二甲醚等作为燃料，具有燃料来源丰富、价格低廉、操作方便和易于小型化等优点，其阴极的反应物为氧气，反应产物为水。自呼吸式直接醇类燃料电池可以在常温下工作，不需要辅助设备，能提供便携式电源所需要的功率要求，因此适用于便携式电子产品。阴极板作为自呼吸式直接醇类燃料电池的关键组件之一， 不仅起着收集阴极电流的作用，而且是阴极氧气与水的传输通道。空气中的氧气由阴极板的自呼吸通道经扩散进入电池内部参与反应；水由电池内部达到阴极自呼吸通道之后，依靠自然蒸发和重力排出。在电池运行过程中，特别是当大电流放电时，生成的水若未能及时排除，会造成自呼吸通道堵塞，从而阻碍了空气的传质，降低了电池的性能和稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种自呼吸醇类燃料电池，以解决由于水导致阴极板的自呼吸通道容易堵塞的问题。所述目的是通过如下方案实现的一种自呼吸醇类燃料电池，包括阴极极板及置于阴极极板外侧的夹具、置于阴极极板内侧的绝缘层，所述阴极极板上面设置用于“呼吸”的通孔，阴极极板上设置凹于阴极极板表面的排水沟道，所述排水沟道与通孔连通并置于通孔的下方；所述排水沟道设置在与夹具接近一侧的阴极极板表面。每个通孔的正下方连接一个竖直的排水沟道，所述竖直的排水沟道底端与公共排水沟道连通。或者，通孔下方连接倾斜的排水沟道，相邻两个通孔的排水沟道连通；所述倾斜的排水沟道与竖直向下的公共排水沟道连通。本发明具有以下优点(1)本发明电池使用的阴极结构具有水的收集沟道，可以及时转移自呼吸通道内积聚的水，减少由于水导致的自呼吸通道的堵塞；(2)本发明所述的阴极结构与空气的接触面积很大，从而使水能够更快速的蒸发，更有利于水的排出，改善氧气的传质；C3)本发明所述阴极结构由于其高温特性，造成生成水的汽化速率加快，从而便于后续水的收集和排出。同时，本发明还具有制作成本低，占用空间小，电池性能稳定性高的优点，利于推广应用。
图1是本发明的结构分解示意图。图2是实施例一所述阴极极板的反面(空气接触面)结构示意图。图3是实施例一所述阴极极板正面(电极接触面)的结构示意图。图4是实施例一所述单独的书钉状排水沟道结构示意图。图5是实施例二所述阴极极板结构示意图。图6是实施例三所述阴极极板结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细阐述本发明优选的实施方式。实施例一图1 图4中1—夹具；2—阴极极板；3—绝缘垫；4—膜电极；5—阳极极板； 6-通孔；7-排水沟道。本发明所述电池结构是由阳极极板、阴极极板、膜电极、绝缘层和夹具组成，参照图1，利用夹具将双极极板，绝缘层和膜电极夹在一起，就可作为一个完整的单电池。本发明相对于现有技术的创新点在于改进了电池阴极极板的结构，采用此种阴极极板结构的燃料电池依然使用富氢物质(氢气，甲醇，乙醇等)作为燃料，氧气由大气直接供给。对于阴极极板的改进之处在于，在阴极极板上设置了凹于阴极极板表面的排水沟道， 排水沟道与阴极极板上面的用于“呼吸”的通孔连通，并且排水沟道置于通孔的下方，以便水借重力由自呼吸通孔转移到排水沟道内。在通孔下方连接倾斜的排水沟道，并使相邻两个通孔的排水沟道连通，即形成如图4所示的书钉状排水沟道，电池阴极极板结构正面(电极接触面)与传统直孔式结构相同(如图3所示)，反面(空气接触面)则具有一定数量的书钉式通道与自呼吸圆孔相通并构成一个“书钉单元”(如图2所示)，电池工作时，空气经由阴极极板背面通孔进入，阴极氧气与电子、质子反应生成水，流入排水沟道中。与传统直孔式结构相比，本发明阴极极板的开孔率保持不变，但是增加了阴极水与空气的接触面积， 从而使水能够更充分快速的蒸发及排出。本发明所述电池阴极板可以安装在支撑有机玻璃上，安装电池阴极的有机玻璃的四周有螺丝孔、每对边的两个螺丝孔的中间一个螺丝孔作为每两节单池电连接的螺丝出口、整体四个部分通过四周的螺丝拧紧固定。实施例二图5中，8—公共排水沟道。本实施例与实施例一的区别在于，“书钉单元”之间还由另一个书钉状通道相连， 并且“书钉单元”还与竖直向下的公共排水沟道连通，如图5所示，具有可实现迅速将水排出的优点。实施例三图6中，6-通孔；9一竖直排水沟道；10-公共排水沟道。
本实施例与前述实施例的区别在于，每个通孔的正下方连接一个竖直的排水沟道，参照图6，所述竖直的排水沟道底端与公共排水沟道连通。本发明所述阴极极板上每个自呼吸通孔都可以与一条，两条，三条或更多条排水沟道相连，也可以根据需要确定沟道宽度、深度以及沟道间是否联通。每一排沟道的尺寸可以是均勻的，也可以是渐变的。本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
权利要求
1.一种自呼吸醇类燃料电池，包括阴极极板及置于阴极极板外侧的夹具、置于阴极极板内侧的绝缘层，所述阴极极板上面设置用于“呼吸”的通孔，其特征在于阴极极板上设置凹于阴极极板表面的排水沟道，所述排水沟道与通孔连通并置于通孔的下方；所述排水沟道设置在与夹具接近一侧的阴极极板表面。
2.根据权利要求1所述的自呼吸醇类燃料电池，其特征在于每个通孔的正下方连接一个竖直的排水沟道，所述竖直的排水沟道底端与公共排水沟道连通。
3.根据权利要求1所述的自呼吸醇类燃料电池，其特征在于通孔下方连接倾斜的排水沟道，相邻两个通孔的排水沟道连通。
4.根据权利要求3所述的自呼吸醇类燃料电池，其特征在于所述排水沟道与竖直向下的公共排水沟道连通。
全文摘要
本发明提供一种自呼吸醇类燃料电池，以解决由于水导致阴极板的自呼吸通道容易堵塞的问题。它包括阴极极板及置于阴极极板外侧的夹具、置于阴极极板内侧的绝缘层，所述阴极极板上面设置用于“呼吸”的通孔，阴极极板上设置凹于阴极极板表面的排水沟道，所述排水沟道与通孔连通并置于通孔的下方；所述排水沟道设置在与夹具接近一侧的阴极极板表面。本发明可减少由于水导致的自呼吸通道的堵塞，更有利于水的排出，改善氧气的传质；同时，本发明还具有制作成本低，占用空间小，电池性能稳定性高的优点，利于推广应用。
文档编号H01M4/86GK102299359SQ20111022077
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者刘晓为, 安子健, 张宇峰, 张雪林, 段加林 申请人:哈尔滨工业大学