CN1794505A - 小型直接甲醇燃料电池堆模块化组件及其活化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型直接甲醇燃料电池堆的模块化组件及其活化方法，该模块化组件包括：阴、阳极极板、位于阴、阳极极板之间的膜电极组件、位于膜电极组件边缘的密封结构、连接不同膜电极组件以及对外输出的电子连接器、用于固定上下阴、阳极极板的模块紧固部件。该模块化组件可以根据输出的需要方便的进行组合，为小型直接甲醇燃料电池系统提供一种模块化组装的解决方案。该模块化组件具有结构简单，易于安装和操作，成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，特指一种小型直接甲醇燃料电池堆模块化组件及其活化方法。
背景技术：
直接使用甲醇作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)的构想是20世纪90年代初NASA(美国国家航空和宇宙航行局)的JPL(美喷气推进实验所)和南加州大学的研究者提出的。由于甲醇在常温下是液态(沸点64.51℃)，比其他燃料电池所用的氢气、甲烷或一氧化碳有更好的储存性能和更高的能量密度(燃烧热726.83kJ/mol)。另外，甲醇也是非常廉价的工业产品，能够很容易的从石油、天然气和煤炭获得。其工作温度和压力都很低，因而结构简单，安全性也好。工作时，电池只释放二氧化碳和水蒸气，不含其他有毒有害成份。在诸燃料电池种类中，直接甲醇燃料电池具有的这些特点使其成为在便携电源领域中最有发展潜力的。
质子交换膜燃料电池(FEMFC)所采用的传统堆叠式结构很难实现小型化，而且供料需要额外的功耗。在便携式电源薄型化、轻量化的要求之下，出现了一种新型的单极板结构的直接甲醇燃料电池(Motorola Inc.(2000)，美国专利US 6127058)，它是在一个平面上通过电子连接器实现不同膜电极组件之间的串联的。目前，被动式空气自呼吸式直接甲醇燃料电池基本都是采用这种结构。
众所周知，燃料电池是一个复杂的系统，除了发生电化学反应的膜电极组件以外，还要有反应物和生成物的控制系统、电源管理系统等等。通常膜电极组件作为燃料电池堆的基本结构单元，电池堆则作为燃料电池系统的一个基本结构单元。而目前电池堆的种类和大小都是由开发者根据实际情况而定，其中膜电极组件的规格也各有不同，这样很不利于形成一个统一的标准。另外，对于很多个膜电极组件组装的电池堆来说，一旦其中的某个出了问题，检测或者更新都是很困难的。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题就是在于针对目前产品中存在的问题，提供一种小型直接甲醇燃料电池堆的模块化组件。
本发明还提供了上述模块化组件的整体活化方式，易于操作，效率高，用次方法活化的模块化结构具有很好的一直性。
本发明模块化组件所采用的技术方案为，其包括：该模块化组件包括：阴、阳极极板、位于阴、阳极极板之间的膜电极组件、位于膜电极组件边缘的密封结构、连接不同膜电极组件以及对外输出的电子连接器、用于固定上下阴、阳极极板的模块紧固部件。
上述的阴、阳极极板主体为聚合物树脂基板，该基板与膜电极组件接触的表面设置有集流层，且基板对应集流层的位置设置有反应通道。
所述的反应通道为若干的通孔或通槽构成。
所述的电子连接器通过集流层将不同膜电极组件连接。
不同膜电极组件之间通过电子连接器连接，其连接方式为串联或并联或者串、并联结合。
本发明活化方法所采用的技术方案为：将模块化组件安装在固定夹具中，然后在其阳极循环70～100℃的热水或甲醇水溶液3～12小时进行活；或者将模块化组件直接放入70～100℃的热水中3～24小时进行活化。
本发明将一定数量的膜电极组件、提供反应通道的极板、连接膜电极组件的电子连接器以及密封和紧固结构集成为一个模块，这些模块可以独立或者经过组合形成电池堆，再加上控制系统就可以形成一个完整的直接甲醇燃料电池系统。本发明具有结构简单，易于安装和操作，成本低廉的优点。
附图说明
图1是本发明的立体分解示意图；
图2是本发明的剖视结构示意图；
图3是本发明一应用实施例的结构示意图；
图4是图3实施例的放电性能图表。
具体实施例
见图1、2，本发明的模块化组件10包括：阴、阳极极板1、膜电极组件4、电子连接器5，密封结构6以及紧固部件7。
阴、阳极极板1主体为聚合物树脂基板11，该基板11与膜电极组件4接触的表面设置有集流层3，极耳31与集流层3连接。基板11对应集流层3的位置设置有反应通道2。该反应通道2由若干的通孔或通槽构成。
模块化组件10包括一组阴、阳极极板1，膜电极组件4位于该阴、阳极极板1之间，其中上下两端阴、阳极极板1上设置有集流层3的一面分别朝向膜电极组件4，以令集流层3与膜电极组件4贴合。
在膜电极组件4边缘设置有密封结构6，例如采用特富龙密封圈密封。膜电极组件4之间通过电子连接器5经集流层3连接，并且该电子连接器5还用于对外输出。膜电极组件4之间的连接方式为可以为串联、并联或者串、并联结合，例如，通过电子连接器5将本实施例中对应四块膜电极组件4的集流层3串联起来。
上、下阴、阳极极板1之间通过模块紧固部件7固定，即上、下阴、阳极极板1将膜电极组件4夹持固定，形成一种类似三明治的结构。紧固方式可以采用首先在上、下阴、阳极极板1上开设若干的通孔71，然后利用销钉结构通过该通孔71将上、下阴、阳极极板1夹紧、固定。
本发明可以直接采用经过活化的膜电极组件，也可采用以下活化方式：将模块化组件安装在固定夹具中，然后在其阳极循环70～100℃的热水或甲醇水溶液3～12小时进行活；或者将模块化组件直接放入70～100℃的热水中3～24小时进行活化。
见图3，这是本发明在一种小型被动式自呼吸直接甲醇燃料电池堆中的应用。该电池堆由阳极燃料腔81、阴极端板82和插入其中的模块化组件10，通过燃料腔81顶部的注入孔83将2mol/L的甲醇水溶液注入其内，然后通过电能输出端84测试该电池堆的放电性能，测试结果参考图4。
Claims (6)
1.一种小型直接甲醇燃料电池堆的模块化组件，其特征在于：该模块化组件(10)包括：阴、阳极极板(1)、位于阴、阳极极板(1)之间的膜电极组件(4)、位于膜电极组件(4)边缘的密封结构(6)、连接不同膜电极组件(4)以及对外输出的电子连接器(5)、用于固定上下阴、阳极极板(1)的模块紧固部件(7)。
2.如权利要求1所述的小型直接甲醇燃料电池堆的模块化组件，其特征在于：所述的阴、阳极极板(1)主体为聚合物树脂基板(11)，该基板(11)与膜电极组件(4)接触的表面设置有集流层(3)，且基板(11)对应集流层(3)的位置设置有反应通道(2)。
3.如权利要求2所述的小型直接甲醇燃料电池堆的模块化组件，其特征在于：所述的反应通道(2)由若干的通孔或通槽构成。
4.如权利要求2所述的小型直接甲醇燃料电池堆的模块化组件，其特征在于：电子连接器(5)通过集流层(3)将不同膜电极组件(4)连接。
5.如权利要求1所述的小型直接甲醇燃料电池堆的模块化组件，其特征在于：膜电极组件(4)之间通过电子连接器(5)连接，其连接方式为串联或并联或者串、并联结合。
6.小型直接甲醇燃料电池堆的模块化组件的活化方法，其特征在于：将模块化组件安装在固定夹具中，然后在其阳极循环70～100℃的热水或甲醇水溶液3～12小时进行活；或者将模块化组件直接放入70～100℃的热水中3～24小时进行活化。
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