一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池制备领域，涉及一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统。
【背景技术】
[0002]直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell, DMFC)是最有希望应用于便携式电子产品的移动电源之一。受甲醇渗透问题的限制，DMFC—般采用低浓度甲醇(通常不超过5M)溶液进料，这意味着系统须携带大量的水，使电池的能量密度受到极大限制。高浓度/纯甲醇直接进料DMFC的成功开发使DMFC的结构更加紧凑，大大提高了系统能量密度，加快了被动式DMFC的商业化进程。
[0003]由于DMFC的单电池工作电压较低(0.3?0.5V)，在实用过程中须将多个电池串联起来，形成电堆；要维持堆中各个电池间物料供给浓度、放电电压、电流和温度等参数的均一性，使得电堆本身还需一个数倍于其体积/质量的阳极燃料供给系统支持，使其在便携式应用方面出现了诸多困难。最简单的阳极燃料供给办法就是将高浓度/纯甲醇溶液储罐直接置于膜电极集合体(MEA)阳极侧，待甲醇消耗完后更换甲醇溶液。H.Yang等将渗透汽化膜(PV膜)置于DMFC测试池的阳极燃料腔和MEA之间，使高浓度/纯甲醇通过渗透汽化膜先转化为甲醇蒸汽再与MEA接触并反应放电(参见“Guoet al.:Development of a Self-Adaptive Direct Methanol Fuel Cell Fed with 20MMethanol, FUEL CELLS, 2013 (13)，1018-1023.，，);然而该系统存在严重的方向敏感性问题:即将电堆置于不同方向时，因甲醇流动使各单电池的燃料供给环境不同而导致的放电均一性不佳问题；此外，由于当系统关机时阳极燃料不能及时抽出，甲醇对单电池的持续渗透会导致MEA寿命的降低和阳极燃料的浪费。Ren等人增设了纯甲醇储罐，通过燃料输送速度控制装置将纯甲醇连续输送到PV膜表面并被其吸收，表面蒸发的甲醇蒸汽到达MEA阳极侧参与反应(参见 “Ren X.M., Becerra J.J., Hirsch R.S., Gottesfeld S., KovacsF.ff., Shufon K.J., Controlled direct liquid inject1n vapor feed for a DMFC, USpatent, 20050170224A1”)；与此类似，东芝公司于2003年10月成功开发了面向手机和PDA等产品的高度集成化小型燃料电池(参见“http://www.toshiba.c0.jp/about/press/”)，该电池结构中也设有纯甲醇储罐，通过一套燃料分配系统将纯甲醇间歇输送到聚四氟乙烯膜表面，将其转化为甲醇蒸汽后到达MEA表面参与反应。这类通过储罐一一分配系统一一液-气转化膜一一甲醇蒸汽反应的阳极甲醇控制系统虽然能够实现甲醇的均匀分配和按需供给，但由于其甲醇分配和电路控制系统极为精细复杂，占用了电池很大部分的成本和体积，使系统的体积/质量能量效率难以提高，亦限制了其商业化进程。在2007年的燃料电池学术研讨会上，日本栗田工业介绍了一种采用包接化合物的固体甲醇，只要在用于实验的电池阳极加入固体甲醇粒子，1?2秒后即可放电(参见“狩集浩志，千江水，面向便携设备应用的小型燃料电池，《日经电子》，2007.6”)。该固体甲醇粒子制造成本高，且包接化合物所占质量比较大，燃料的能量密度较低。然而，固体甲醇利用其自身挥发的甲醇蒸气作为阳极燃料，而且由于其形状和分布状态可固定，克服了液体甲醇燃料易流动、难分配、易渗漏的弊病，是一种值得深入探讨的新的甲醇供给思路。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，用于解决现有技术中的直接甲醇燃料电池燃料供给系统中液体甲醇易流动、难分配、易渗漏的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，所述燃料供给系统包括甲醇燃料盒、填充进所述甲醇燃料盒中的固体甲醇以及固定于所述甲醇燃料盒上的用于隔离所述固体甲醇与单电池或电堆板的隔离片。
[0006]可选地，所述燃料供给系统还包括放置于所述隔离片上的用于构建甲醇蒸汽室的隔离垫框。
[0007]可选地，所述隔离垫框的厚度小于4_。
[0008]可选地，所述甲醇燃料盒采用耐甲醇材料。
[0009]可选地，所述耐甲醇材料包括聚乙烯或聚甲醛。
[0010]可选地，所述甲醇燃料盒中还设有一载体，所述固体甲醇涂覆于所述载体表面。
[0011]可选地，所述载体为柔性载体。
[0012]可选地，所述柔性载体包括碳布或无纺布。
[0013]可选地，所述隔离片采用多孔透气材料。
[0014]可选地，所述多孔透气材料包括渗透汽化膜、聚乙烯膜或无纺布。
[0015]可选地，所述被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统还包括可拆卸安装部，所述被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统通过所述可拆卸安装部可拆卸安装于单电池或电堆板。
[0016]可选地，所述可拆卸安装部包括设于所述甲醇燃料盒上的卡固件。
[0017]可选地，所述可拆卸安装部包括设于所述甲醇燃料盒上的安装孔及与所述安装孔相配合的紧固件。
[0018]可选地，所述固体甲醇的制备方法包括如下步骤:
[0019]S1:将丙烯酸树脂粉末加入甲醇的水溶液中，并搅拌所述溶液直至所述丙烯酸树脂粉末溶解；
[0020]S2:在所述溶液中加入三乙醇胺，并搅拌直至所述溶液逐渐变稠成为无色透明凝胶状，得到固体甲醇。
[0021]可选地，于所述步骤S1中，所述甲醇的水溶液中，甲醇与水的质量比为4?1.5:1，所述丙烯酸树脂粉末在溶液中的质量分数为0.5%?1%。
[0022]可选地，于所述步骤S2中，加入的所述三乙醇胺与步骤S1中加入的丙烯酸树脂粉末的质量比为0.9?1.1:1。
[0023]如上所述，本发明的被动式直接甲醇燃料电池燃料供给系统，具有以下有益效果:本发明利用丙烯酸树脂粉末作为高聚物制备了凝胶状高浓度固体甲醇，可直接或采用涂覆于柔性载体的方式填充于甲醇燃料盒中，利用其释放的甲醇蒸汽直接作为甲醇燃料电池的阳极燃料供应源。采用固体甲醇作为燃料的直接甲醇燃料电池系统不存在方向敏感性问题，而且免去了传统电堆中复杂的甲醇分配以及液-气转化系统，具有很强的实际应用意义。
【附图说明】
[0024]图1(a)显示为本发明非载体型的直接甲醇燃料电池燃料供给系统的剖面结构示意图。
[0025]图1(b)显示为本发明载体型的直接甲醇燃料电池燃料供给系统的剖面结构示意图。
[0026]图1(c)显示为单电池通过卡固件可拆卸安装于本发明的直接甲醇燃料电池燃料供给系统上的示意图。
[0027]图1(d)显示为单电池通过紧固件可拆卸安装于本发明的直接甲醇燃料电池燃料供给系统上的示意图。
[0028]图2(a)及图2(b)显示为采用固态和液态两种甲醇燃料供给系统的电池性能对比。
[0029]图3显示为采用载体型和非载体型两种固体甲醇燃料供给系统的电池性能对比。
[0030]图4(a)及图4(b)显示为是采用不同的固体甲醇燃料供给系统的电池的方向敏感性测试情况。
[0031]图5显示为采用不同隔离片材料的非载体型固体甲醇燃料供给系统的电池性能对比。
[0032]图6显示为采用四种不同厚度隔离垫板的非载体型固体甲醇燃料供给系统的电池性能对比。
[0033]元件标号说明
[0034]1甲醇燃料盒
[0035]2固体甲醇
[0036]3隔离片
[0037]4隔离垫框
[0038]5载体
[0039]6单电池
[0040]7卡固件
[0041]8紧固件
[0042]9安装孔
【具体实施方式】
[0043]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0044]须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。
[0045]此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还