使其成为一体。根据直接甲醇燃料电池的实际需要选定雾化供给所需的甲醇溶液浓度。电池开始工作时，在电池自身产生电能的驱动下，通过调节微栗7、8来调节水储存箱9和纯甲醇储存箱6的出口流量，可以操控进入微流控芯片5中甲醇和水的比例，从而得到特定浓度的甲醇溶液。之后混合好的甲醇溶液经供给管道进入到燃料储存箱4中。根据需要再通过微栗3控制燃料储存箱4出口处的出口流量，甲醇溶液经供给管道到达超声雾化器2，在超声振动作用下甲醇溶液由液流变成微小的液滴，供给至直接甲醇燃料电池的阳极。
[0031]直接甲醇燃料电池中，在阳极催化剂的作用下，甲醇发生氧化反应生成了二氧化碳(CO2)和氢离子(H+)，为了防止燃料堆积，未反应完的甲醇溶液将被回收至甲醇溶液储存箱4中，用于下一次供给。产生的H+穿过质子交换膜到达电池的阴极，在催化剂的作用下与阴极的(O2)发生还原反应生成水(H20)。多余的水将经阴极流场通道进入到水储存箱9中，用作下一次稀释甲醇的原料。图1所示的供给系统结合直接甲醇燃料电池10构成了一个半循环系统。
[0032]对于小型的直接甲醇燃料电池，微流控芯片出口13的输出流量就能满足直接甲醇燃料电池的供给需要，从而可以去除附图1中的燃料储存箱4来达到简化装置的目的。
[0033]对于以液态方式进行供给的微型直接甲醇燃料电池，可将微流控芯片直接嵌入到电池的结构中，使它们成为一个整体，再通过微阀和微栗的控制和调节作用就能形成一个完整的微型电池系统。
[0034]参照附图1和2所示，所述纯甲醇储存箱6和水储存箱9通过供给管道分别与微流控芯片5的通道入口 2(14)和通道入口 1(11)相连，且用微栗(7、8)对两者的流量进行控制；微流控芯片5的通道出口 13直接与燃料储存箱4相连;燃料储存箱4的出口则通过供给管道依次连接微栗3、超声雾化器2以及甲醇燃料电池的阳极流场板。微流控芯片5由玻璃和有机聚合物等材料制成，进出口和通道被刻在有机聚合物表面，然后将其密封在玻璃片上，包括11-通道入口 I，12-流场通道，13-通道出口，14-通道入口 2。所述流场通道12为非对称式方形循环腔121、圆弧通道122、扩张腔123依次相连;方形循环腔扩张比为1:8，扩张腔扩张比为1:5。工作时，通过调节微栗7和8来控制进入微流控芯片的纯甲醇和水的流量比，根据通道入口 1、2的流量比例就能通道出口处的甲醇溶液的浓度，在芯片流场特殊结构的作用下，实现两股液体的均匀混合。如:在通道出口处获得浓度为12.82mol/L的甲醇溶液，只需保证微栗7和8的流量相同即可。
[0035]燃料电池的阴极流场板与水储存箱9相连实现阴极反应产物的回收。
[0036]燃料电池的阳极流场板与燃料储存箱4相连实现阳极多余甲醇溶液的回收。
[0037]在有电子负载I时，在直接甲醇燃料电池1自身电能的驱动下，通过微栗(3、7、8)分别控制纯甲醇储存箱6和水储存箱9中甲醇和水的出口流量实现甲醇溶液浓度的控制，进入微流控芯片5的甲醇和水快速均匀混合得到甲醇溶液，进入燃料储存箱中；
[0038]燃料储存箱4中甲醇溶液由供给管道进入到超声雾化器2中，在超声作用下被雾化，以液滴的形式进入所述燃料电池的阳极流场板进行发电。
[0039]液滴粒径在50微米以下。
[0040 ] 甲醇溶液的浓度范围为0.5?12mo I /L。
[0041 ] 超声的频率为50-55KHZ。
[0042]参照附图3，在室温条件下，对提出的通道结构进行实验。在水中掺入荧光粒子，将纯甲醇和水以相同的速度分别沿进口 11和14通入到微流控芯片中。在共聚焦显微镜下，利用CCD相机拍摄通道出口处的流体图像。最后，对图像的灰度值进行提取，计算其标准偏差，就能计算出液体之间的混合程度。附图3中的实验结果显示，采用本发明微流控芯片，在较低流速时就能获得90%以上的混合效率。因而，微流控芯片的引入实现了纯甲醇和水的自动混合，为雾化供给创造了条件，有利于电池性能的进一步提高。
【主权项】
1.一种直接甲醇燃料电池供给系统，其特征在于包括超声雾化器、微流控芯片、燃料储存箱、纯甲醇储存箱、水储存箱、微栗、供给管道； 所述纯甲醇储存箱和水储存箱通过供给管道分别与微流控芯片的两个进口相连，且用微栗对两者的流量进行控制;微流控芯片的出口与燃料储存箱相连;燃料储存箱的出口通过微栗连接超声雾化器;所述超声雾化器安装在直接甲醇燃料电池的封装外壳上使其成为一体，且连通甲醇燃料电池的阳极流场板。2.如权利要求1所述直接甲醇燃料电池供给系统，其特征在于所述微流控芯片的流场通道为非对称式方形循环腔、圆弧通道、扩张腔依次相连;方形循环腔扩张比为1:8，扩张腔扩张比为1:5。3.如权利要求1所述直接甲醇燃料电池供给系统，其特征在于所述燃料电池的阴极流场板与水储存箱相连实现阴极反应产物的回收。4.如权利要求1所述直接甲醇燃料电池供给系统，其特征在于燃料电池的阳极流场板与燃料储存箱相连实现阳极多余甲醇溶液的回收。5.—种直接甲醇燃料电池半循环系统，其特征在于包括直接甲醇燃料电池、超声雾化器、微流控芯片、燃料储存箱、纯甲醇储存箱、水储存箱、微栗、供给管道;所述直接甲醇燃料电池包括封装外壳、阳极流场板、膜电极组件、阴极流场板、密封圈； 所述纯甲醇储存箱和水储存箱通过供给管道分别与微流控芯片的两个进口相连，且用微栗对两者的流量进行控制;微流控芯片的出口与燃料储存箱相连;燃料储存箱的出口通过微栗连接超声雾化器;所述超声雾化器安装在直接甲醇燃料电池的封装外壳上使其成为一体，且连通甲醇燃料电池的阳极流场板;燃料电池的阴极流场板与水储存箱相连实现阴极反应产物的回收;燃料电池的阳极流场板与燃料储存箱相连实现阳极多余甲醇溶液的回收。6.如权利要求5所述直接甲醇燃料电池供给系统，其特征在于所述微流控芯片的流场通道为非对称式方形循环腔、圆弧通道、扩张腔依次相连;方形循环腔扩张比为1:8，扩张腔扩张比为1:5。7.权利要求1所述直接甲醇燃料电池供给方法，其特征在于包括以下步骤: 当电池开始工作时，在直接甲醇燃料电池自身电能的驱动下，通过微栗分别控制纯甲醇储存箱和水储存箱中甲醇和水的出口流量实现甲醇溶液浓度的控制，进入微流控芯片的甲醇和水快速均匀混合得到甲醇溶液，进入燃料储存箱中； 燃料储存箱中甲醇溶液由供给管道进入到超声雾化器中，在超声作用下被雾化，以液滴的形式进入所述燃料电池的阳极流场板进行发电。8.如权利要求7所述直接甲醇燃料电池供给方法，其特征在于所述液滴粒径在50微米以下。9.如权利要求7所述直接甲醇燃料电池供给方法，其特征在于所述甲醇溶液的浓度范围0.5?12mol/L。10.如权利要求7所述直接甲醇燃料电池供给方法，其特征在于所述超声的频率为50-55KHzo
【专利摘要】本发明公开了一种直接甲醇燃料电池供给系统和方法。包括直接甲醇燃料电池、超声雾化器、微流控芯片、燃料储存箱、纯甲醇储存箱、水储存箱、微泵、供给管道；微流控芯片包括流场通道；流场通道为非对称式方形循环腔、圆弧通道、扩张腔依次相连；甲醇储存箱和水储存箱通过供给管道分别与微流控芯片的两个进口相连，且用微泵对两者的流量进行控制；微流控芯片的出口与燃料储存箱相连；燃料储存箱的出口通过微泵连接超声雾化器；所述超声雾化器连通甲醇燃料电池的阳极流场板。本发明的优点在于使用该方式混合的甲醇溶液浓度可控，混合均匀，将为雾化供给方式提供良好的条件，从而进一步提高燃料电池的性能；均匀的甲醇溶液提高了电池放电的稳定性。
【IPC分类】H01M8/06
【公开号】CN105449246
【申请号】CN201610031160
【发明人】吴超群, 唐凯, 罗豪, 刘凌豪, 吴志刚
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2016年1月18日