一种微型甲醇燃料电池燃料储存与供给装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于质子交换膜燃料电池领域，具体涉及的一种适用于被动式微型甲醇燃料电池的燃料储存与供给装置，该装置通过构建复合隔离层来控制甲醇从纯甲醇或者高浓度甲醇腔向低浓度甲醇腔的扩散速度实现燃料的缓释补给。
【背景技术】
[0002]直接甲醇燃料电池(DMFC)以液体甲醇作为燃料，具有结构简单、能量密度高、可低温启动等特点；结合微加工工艺，可以从根本上减小DMFC各关键部件的体积进而有效提高其比能量，因此微型直接甲醇燃料电池(KDMFC)在微小型便携式产品领域有着良好的应用前景。按燃料供给方式的不同，KDMFC分为主动式和被动式；主动式利用如泵、阀等有源辅助器件精确控制燃料供给；被动式不需要外加动力源，燃料腔体直接与电池相连，传质过程依靠毛细力、重力和浓度梯度的作用，因此被动式KDMFC结构更加紧凑、无需消耗电能维持工作，因此更加适合低功率要求的便携式和微小型设备应用。
[0003]在实际使用中，受甲醇渗透问题的限制，被动式PDMFC —般采用3-5M的低浓度的甲醇水溶液作为燃料，降低了系统的比能量。由于甲醇渗透率是由阳极催化层内的甲醇浓度决定的，通过在燃料腔和膜电极之间设置甲醇传质阻挡层，增加甲醇扩散阻力，可以在实现高浓度甲醇对被动式KDMFC驱动的同时降低甲醇渗透。相比液体甲醇，蒸汽甲醇具有相对较低的甲醇渗透，因此可以在燃料腔与膜电极之间加入Naf1n膜、PDMS膜或者渗透汽化膜，使得液体甲醇在常温下汽化之后再扩散进入阳极催化层，这种蒸发结构的被动式KDMFC虽然可以不需要额外的电源或外部设备来蒸发液体甲醇，但是蒸发速度很难调整，仍然需配合传质阻挡层来使用，实现甲醇蒸汽理想的传输率。
【发明内容】
[0004]为了克服上述缺点，本发明提供了一种微型甲醇燃料电池燃料储存与供给装置，该装置有效的控制了甲醇从高浓度区向低浓度区的扩散速度，以适合于不同反应状态的直接甲醇燃料电池，结构简单、工作稳定、可靠性高。
[0005]本发明的目的是这样实现的:该装置包括一个纯甲醇腔1，一个低浓度甲醇腔3，以及处于二者之间用于控制甲醇扩散速度的复合隔离层2，所述复合隔离层2由Naf1n膜C、置于Naf1n膜c两侧的石墨烯气凝胶层b和置于每个石墨烯气凝胶层b外侧的不锈钢毡层a构成，所述纯甲醇腔I上方开有一个注射孔5，用于注入纯甲醇，低浓度甲醇腔3上方开有一个出气孔6，目的是为了释放反应生成的CO2，纯甲醇腔I与低浓度甲醇腔3通过复合隔离层2连接，复合隔离层2的作用是让纯甲醇通过浓度差扩散缓慢的传输到低浓度甲醇腔3中以补充电池反应所消耗的甲醇；同时，由于石墨烯气凝胶层b的憎水特性，低浓度甲醇腔3中的水无法通过复合隔离层2到达高浓度纯甲醇腔I中；通过控制Naf1n膜c的面积、石墨烯气凝胶层b的微结构可以改变甲醇的扩散速度。
[0006]所述石墨烯气凝胶层b的微结构是指石墨烯气凝胶层b的厚度、孔隙率和孔的尺寸大小。
[0007]本发明的优点和效果是:
本发明通过控制石墨烯气凝胶层的微结构(厚度、孔隙率、孔的尺寸)来改变由纯甲醇腔向低浓度甲醇溶液腔的扩散速度，以适合于不同反应状态的直接甲醇燃料电池，结构简单、工作稳定、可靠性高。
【附图说明】
[0008]图1是本发明的结构示意图；
其中:1、纯甲醇腔；2、复合隔离层，其中a为不锈钢毡层，b为石墨烯气凝胶层，c为Naf1n膜；3、低浓度甲醇腔；4、直接甲醇燃料电池；5、注射孔；6、出气孔。
具体实施方案
[0009]由附图1所示:该装置包括一个纯甲醇腔1，一个低浓度甲醇溶液腔3，以及处于二者之间用于控制甲醇扩散速度的复合隔离层2，所述复合隔离层2由Naf1n膜C、置于Naf1n膜两侧的石墨烯气凝胶层b和置于每个石墨烯气凝胶层b外侧的不锈钢毡层a(所述不锈钢毡层的厚度小于0.5毫米。)组成，纯甲醇腔I上方开有一个注射孔5，用于注入纯甲醇，低浓度甲醇腔3上方也开有一个出气孔6，目的是为了释放反应生成的CO2，纯甲醇腔I与低浓度甲醇溶液腔3通过复合隔离层2连接，复合隔离层2的作用是让纯甲醇通过浓度差扩散缓慢的传输到低浓度甲醇腔3中以补充电池反应所消耗的甲醇；同时，由于石墨烯气凝胶层b的憎水特性，低浓度腔中的水无法通过复合隔离层2到达纯甲醇腔I中。
【主权项】
1.一种微型甲醇燃料电池燃料储存与供给装置，该装置包括一个纯甲醇腔(1)，一个低浓度甲醇腔(3)，以及处于二者之间用于控制甲醇扩散速度的复合隔离层(2)，其特征在于:所述复合隔离层(2)由Naf1n膜C、置于Naf1n膜c两侧的石墨烯气凝胶层b和置于每个石墨烯气凝胶层b外侧的不锈钢租层a构成,通过控制Naf1n膜c的面积、石墨烯气凝胶层b的微结构可以改变甲醇的扩散速度。2.根据权利要求1所述的一种微型甲醇燃料电池燃料储存与供给装置，其特征在于:所述纯甲醇腔(I)的上方开有一个注射孔(5)，低浓度甲醇腔(3)的上方开有一个出气孔(6 )，纯甲醇腔(I)与低浓度甲醇腔(3 )通过复合隔离层(2 )连接。3.根据权利要求1所述的一种微型甲醇燃料电池燃料储存与供给装置，其特征在于:所述石墨烯气凝胶层b的微结构是指石墨烯气凝胶层b的厚度、孔隙率和孔的尺寸大小。4.根据权利要求1所述的一种微型甲醇燃料电池燃料储存与供给装置，其特征在于:所述不锈钢毡层a的厚度小于0.5毫米。
【专利摘要】本发明提供了一种适用于被动式微型甲醇燃料电池的燃料供给装置，它包括一个纯甲醇溶液腔，一个用于控制甲醇扩散速度的复合隔离层和一个低浓度甲醇溶液腔，其中复合隔离层由Nafion膜、置于Nafion膜两侧的石墨烯气凝胶以及不锈钢毡组成，通过控制复合隔离层的结构来改变甲醇的扩散速度，该装置具有密封性好，工作稳定，可靠性高，重复性好，结构简单等优点，并可以有效地提高直接甲醇燃料电池的系统能量密度。
【IPC分类】H01M8/04
【公开号】CN105098206
【申请号】CN201410210601
【发明人】常立民, 徐宏, 段小月, 刘伟
【申请人】吉林师范大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月19日