一种基于相变材料的生物质燃料电池的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种基于相变材料的生物质燃料电池。

背景技术：

燃料电池技术可将燃料的化学能直接转化为电能，从而避免了中间能量转换损失，发电效率高，环境污染小且燃料品种丰富。

生物质能是世界上重要的新能源，是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源，成为国际能源转型的重要力量。我国是一个农业大国，生物质资源丰富。所以研究开发直接以生物质为原料的新型高效生物质发电技术，是解决能源危机、减少环境污染、实现生物质资源高效利用的重要途径。

目前，现有的生物质燃料电池普遍存在发电时自身能量消耗过多这一问题，发电耗能耗资大且效率不高，因此，如何提供一种更加节能环保的生物质燃料电池成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于相变材料的生物质燃料电池，该生物质燃料电池发电耗能低，更加地节能环保。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于相变材料的生物质燃料电池，包括：

加热容器，所述加热容器具有用于使太阳光进入内部的采光区；

位于所述加热容器内的阳极容器和阴极容器，所述阳极容器内装有生物质及氧化剂，所述阴极容器内装有电解液，所述加热容器的内壁与所述阳极容器和所述阴极容器之间填充有相变材料；

位于所述加热容器外的阳极块和阴极块，所述阳极块内部的第一流道通过第一循环管与所述阳极容器连通，所述阴极块内部的第二流道通过第二循环管与所述阴极容器连通，所述第一循环管和所述第二循环管上均设置有循环泵，所述第一流道与所述第二流道之间设置有质子交换膜。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述阳极块和/或所述阴极块的材质为石墨。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述第一流道和/或所述第二流道呈蛇形弯曲状。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述阳极块具有由金属导体制成的阳极连接头，所述阴极块具有由金属导体制成的阴极连接头。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述相变材料为石蜡、硫化铜和二氧化硅的混合物。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述生物质为甘蔗渣或葡萄糖。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述氧化剂为三氯化铁。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述阴极电解液包含高价态杂多酸。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述高价态杂多酸为h12p3mo18v7o85。

优选地，在上述生物质燃料电池中，所述循环泵为蠕动泵。

根据上述技术方案可知，本发明提供的基于相变材料的生物质燃料电池中，阳极容器内装有生物质及氧化剂，阴极容器内装有电解液，阳极容器和阴极容器位于加热容器内，而加热容器的内壁与阳极容器和阴极容器之间填充有相变材料，同时，加热容器具有用于使太阳光进入内部的采光区，因此，相变材料被太阳光照射后，可不断地储存并释放热量，对阳极容器和阴极容器进行加热。由于该生物质燃料电池利用太阳能对生物质进行加热，所以发电耗能较低，更加节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于相变材料的生物质燃料电池的示意图；

图2是本发明实施例提供的生物质燃料电池的布置示意图。

图中标记为：

1、加热容器；2、阳极容器；3、阴极容器；4、第一循环管；5、第二循环管；6、阴极块；7、质子交换膜；8、阳极块；9、阴极连接头；10、阳极连接头；11、箱体；12、固定座；13、第一转动架；14、第二转动架；15、聚光玻璃片。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参见图1，为本发明实施例提供的一种基于相变材料的生物质燃料电池的示意图。

本发明实施例提供的基于相变材料的生物质燃料电池包括加热容器1、位于加热容器1内的阳极容器2和阴极容器3，以及位于加热容器1外的阳极块8和阴极块6。

其中，加热容器1具有用于使太阳光进入内部的采光区；

阳极容器2内装有生物质及氧化剂，阴极容器3内装有电解液，加热容器1的内壁与阳极容器2和阴极容器3之间填充有相变材料；

阳极块8内部的第一流道通过第一循环管4与阳极容器2连通，阴极块6内部的第二流道通过第二循环管5与阴极容器3连通，第一循环管4和第二循环管5上均设置有循环泵(图中未示出)，第一流道与第二流道之间设置有质子交换膜7。

本发明提供的基于相变材料的生物质燃料电池中，阳极容器2内装有生物质及氧化剂，阴极容器3内装有电解液，阳极容器2和阴极容器3位于加热容器1内，而加热容器1的内壁与阳极容器2和阴极容器3之间填充有相变材料，同时，加热容器1具有用于使太阳光进入内部的采光区，因此，相变材料被太阳光照射后，可不断地储存并释放热量，对阳极容器2和阴极容器3进行加热。由于该生物质燃料电池利用太阳能对生物质进行加热，所以发电耗能较低，更加节能环保。

为了实现加热容器1的采光区结构，可以将加热容器1的顶部设计为敞口，或者，将加热容器1的全部或局部(如顶盖)设计为透明的。另外，为了减少热量散失，可以在加热容器1的内壁设置有隔热保温层。

具体实际应用中，阳极块8和/或阴极块6的材质可以为石墨，第一流道和/或第二流道可以呈蛇形弯曲状。本实施例中，阳极块8和阴极块6均采用石墨制作，而且，阳极块8具有由金属导体制成的阳极连接头10，阴极块6具有由金属导体制成的阴极连接头9。

质子交换膜7可以采用全氟磺酸隔膜，例如nafion115膜。

本实施例中，阳极容器2内的生物质为甘蔗渣或葡萄糖，氧化剂为三氯化铁。

阴极容器3内的阴极电解液包含高价态杂多酸，例如，高价态杂多酸可以为h12p3mo18v7o85。具体实际应用中，可以通过向阴极容器3内通入空气的方法使低价态杂多酸转变回高价态杂多酸，从而保证阴极电解液的循环再生以及生物质燃料电池的输电稳态，为此，可以设置与阴极容器3配合的氧气供给装置。

相变材料采用石蜡、硫化铜和二氧化硅的混合物，石蜡作为相变储能材料，具有高储能性优点；二氧化硅具有吸附性，可吸附石蜡，防止温度过高熔化；硫化铜具有良好的光热转换作用，可较高效率吸收转化太阳能。当然，在其他具体实施例中，也可采用无机盐等相变材料。

本实施例提供的生物质燃料电池的工作原理为：

载体通过导线与阴极连接头9和阳极连接头10连接，阳极容器2内的生物质会产生葡萄糖，当相变材料被太阳光照射后，可不断储存并释放热量，在产生热量达到一定温度的条件下，三氯化铁将氧化降解葡萄糖，三价铁离子将被还原为二价铁离子，此时，葡萄糖中的化学能储存在二价铁离子中。二价铁离子作为电子载体，通过循环泵在第一循环管中流动，进入阳极块8内，并充分与阳极块8接触，此时电子通过阳极块8传输，在阳极连接头10上被释放，并通过载体传输，进入阴极连接头9。二价铁离子释放电子后，将转化为三价铁离子，并通过循环泵继续循环再用，重复上述过程。

阴极连接头9吸收电子后，产生的电能通过阴极块6传输，与阴极容器3内的高价态杂多酸进行反应，生成低价态杂多酸。向阴极容器3内通入空气，使低价态杂多酸转变回高价态杂多酸，保证阴极电解液的循环再生以及生物质燃料电池的输电稳态。

如图1所示，加热容器1可以采用两个，分别盛装阳极容器2和阴极容器3，第一循环管4和第二循环管5上的循环泵可以采用蠕动泵。

为了提高采光效率，可以采用定焦点聚光装置，如图2所示，定焦点聚光装置包括箱体11、固定座12、第一转动架13、第二转动架14和聚光玻璃片15，箱体11用于盛装加热容器1，箱体11可以在固定座12的直线轨道(图中未标记)上移动，第一转动架13与固定座12铰接，第二转动架14与第一转动架13转动连接，聚光玻璃片15安装在第二转动架14上，并位于箱体11的上方。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。