CN109818006B - 一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，涉及甲醇燃料电池技术领域，包括双极板本体和热调节组件，所述双极板本体内部设有通道，横向的通道的两端通过开口与外部连通且开口处设有内螺纹，连接件包括连接杆，所述连接杆的一端设有与所述内螺纹相配合的外螺纹，另一端与导热片固定连接，所述导热片在远离连接杆的一侧设有紧固片，所述紧固片上下设置且其上开设有螺纹孔，螺纹孔内设有与之相配合的螺栓，所述热调节组件包括两个横管、两个竖管和四个连接管，本发明可以有效控制甲醇燃料电池中双极板的温度，不仅仅可以保证电堆的正常高效工作，还可以提升工作效率，产生更多电能。

Description

一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件

技术领域

本发明涉及甲醇燃料电池技术领域，具体涉及一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件。

背景技术

直接甲醇燃料电池属于质子交换膜燃料电池(PEMFC)中之一类，直接使用甲醇水溶液或蒸汽甲醇为燃料供给来源，而不需通过甲醇、汽油及天然气的重整制氢以供发电。相较于质子交换膜燃料电池(PEMFC)，直接甲醇燃料电池(DMFC)具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等特性。这使得直接甲醇燃料电池(DMFC)可能成为未来便携式电子产品应用的主流。

它直接使用甲醇而勿需预先重整，甲醇在阳极转换成二氧化碳，质子和电子，如同标准的质子交换膜燃料电池一样，质子透过质子交换膜在阴极与氧反应，电子通过外电路到达阴极，并做功。

碱性条件：2CH₄O+3O₂+4OH^-＝2CO₃ ^2-+6H₂O

正极：O²+4e^-+2H₂O→4OH^-

负极：CH₄O-6e^-+8OH^-→CO3^2-+6H₂O

酸性条件：2CH₄O+3O₂→2CO₂+4H₂O

正极：O₂+4e^-+4H⁺→2H₂O

负极：CH₄O-6e^-+H₂O→6H⁺+CO₂

在直接甲醇燃料电池的工作过程中，一定浓度的甲醇溶液从电池的阳极流场结构中通过，在液体的流动过程中，甲醇溶液经过阳极扩散层，至阳极催化层处被氧化。透过质子交换膜，作为反应产物的质子得以迁移到阴极一侧，电子则通过外电路由阳极向阴极传递，并在此过程中对外做功。同时，在阳极MEA中电解质的作用下，CO₂气体以气泡的形式在阳极流场内随甲醇溶液排出。在电池的阴极一侧，阴极集流板流场结构均匀分配后的空气或氧气扩散进入阴极催化层，被来自阳极的质子电化学还原，生成的水蒸气或液态形式的水与反应尾气一起离开电池的阴极流场，这种电池的期望工作温度为120℃以下一般在70-80℃，比标准的质子交换膜燃料电池略高，目前的甲醇燃料电池甲醇和空气进入后短时间内温度较低，造成电池效率不高，而且若温度太低，反应生成的水也会凝结，堵塞气体通道，电堆的性能就变差，但是如果温度太高，膜电极缺水，质子交换膜将无法正常工作甚至损坏，所以一般在工作时，需要对电堆进行温度调节，以保证电堆的正常高效工作。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，包括双极板本体和热调节组件，所述双极板本体内部设有通道，所述通道的数量为4条且横向和纵向两两间隔设置，横向的通道与纵向的通道位于同一平面且相互连通，横向的通道的两端通过开口与外部连通且开口处设有内螺纹，连接件包括连接杆，所述连接杆的一端设有与所述内螺纹相配合的外螺纹，另一端与导热片固定连接，所述导热片在远离连接杆的一侧设有紧固片，所述紧固片上下设置且其上开设有螺纹孔，螺纹孔内设有与之相配合的螺栓，所述热调节组件包括两个横管、两个竖管和四个连接管，其相互连接构成环绕在双极板本体***的方形结构，竖管的上部和下部通过导热片夹持固定，储液器内储存有介质溶液并设有加热装置，所述储液器通过进液管道和出液管道与竖管相连通，所述进液管道上安装有第一电磁阀和水泵，左侧的通道上端与冷阱上的第一循环管道相连通，右侧的通道下端和第二循环管道相连通，所述第一循环管道上设有第二电磁阀，右侧的通道上端与压缩气罐相连通，所述压缩气罐上设有控制气体出入的第三电磁阀，左侧的通道下端设有可拆卸的密封件。

进一步地，所述通道内设有温度检测装置，所述双极板本体上设有控制器，所述控制器分别与温度检测装置、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、加热装置电性连接，所述控制器通过外界电源或电池供电。

进一步地，所述双极板本体为316L不锈钢材料制成，且表面沉积有TiN薄膜。

进一步地，所述双极板本体的表面通过化学蚀刻有点状流场、网状流场、栅型流场、螺旋蛇型流场中的一种。

进一步地，所述导热片外侧设有减震片和外壳。

进一步地，所述减震片为聚氨酯材料制成。

进一步地，所述竖管、导热片、连接杆均为高导热性金属材料制成。

进一步地，竖管与导热片接触的位置裸露其余位置均包覆有海绵保温套。

(三)有益效果

本发明提供了一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，具有以下有益效果：

本发明双极板组件可以快速调节双极板本体的温度，储液器内的加热装置可以对介质溶液进行加热，加热后的介质溶液可以进入热调节组件内并通过热传导对双极板本体进行加热，甲醇和空气进入后短时间内温度就会有较大提高，提升电池前期效率，当燃料电池稳定运行产热后为避免温度过高可以关闭水泵和储液器内的加热装置，打开冷阱，通过循环将冷却液鼓入双极板本体内的通道中，通过温度检测装置即可得知双极板本体的温度，本发明可以有效控制甲醇燃料电池中双极板的温度，不仅仅可以保证电堆的正常高效工作，还可以提升工作效率，产生更多电能。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明实施例4的结构示意图；

图5为本发明中连接件结构示意图；

图中标号分别代表：

1、双极板本体；2、横管；3、连接管；4、连接件；401、紧固片；402、外壳；403、导热片；404、减震片；405、连接杆；5、竖管；6、控制器；7、温度检测装置；8、第二循环管道；9、通道；10、进液管道；11、第一电磁阀；12、水泵；13、储液器；14、加热装置；15、出液管道；16、第一循环管道；17、压缩气罐；18、冷阱；19、第二电磁阀；20、第三电磁阀；21、密封件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，包括双极板本体1和热调节组件，双极板本体1为316L不锈钢材料制成，且表面沉积有TiN薄膜，通过化学蚀刻有点状流场；

双极板本体1内部设有通道9，通道9的数量为4条且横向和纵向两两间隔设置，横向的通道9与纵向的通道9位于同一平面且相互连通，横向的通道9的两端通过开口与外部连通且开口处设有内螺纹，连接件4包括连接杆405，连接杆405的一端设有与内螺纹相配合的外螺纹，另一端与导热片403固定连接，导热片403外侧设有减震片404和外壳402，减震片404为聚氨酯材料制成，导热片403在远离连接杆405的一侧设有紧固片401，紧固片401上下设置且其上开设有螺纹孔，螺纹孔内设有与之相配合的螺栓，热调节组件包括两个横管2、两个竖管5和四个连接管3，竖管5、导热片403、连接杆405均为高导热性金属材料制成，竖管5与导热片403接触的位置裸露其余位置均包覆有海绵保温套，其相互连接构成环绕在双极板本体1***的方形结构，竖管5的上部和下部通过导热片403夹持固定，储液器13内储存有介质溶液并设有加热装置14，储液器13通过进液管道10和出液管道15与竖管5相连通，进液管道10上安装有第一电磁阀11和水泵12，左侧的通道9上端与冷阱18上的第一循环管道16相连通，右侧的通道9下端和第二循环管道8相连通，第一循环管道16上设有第二电磁阀19，右侧的通道9上端与压缩气罐17相连通，压缩气罐17上设有控制气体出入的第三电磁阀20，左侧的通道9下端设有可拆卸的密封件21；

通道9内设有温度检测装置7，双极板本体1上设有控制器6，控制器6分别与温度检测装置7、第一电磁阀11、第二电磁阀19、第三电磁阀20、加热装置14电性连接，控制器6通过外界电源或电池供电。

实施例2：

一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，包括双极板本体1和热调节组件，双极板本体1为316L不锈钢材料制成，且表面沉积有TiN薄膜，通过化学蚀刻有网状流场；

双极板本体1内部设有通道9，通道9的数量为4条且横向和纵向两两间隔设置，横向的通道9与纵向的通道9位于同一平面且相互连通，横向的通道9的两端通过开口与外部连通且开口处设有内螺纹，连接件4包括连接杆405，连接杆405的一端设有与内螺纹相配合的外螺纹，另一端与导热片403固定连接，导热片403外侧设有减震片404和外壳402，减震片404为聚氨酯材料制成，导热片403在远离连接杆405的一侧设有紧固片401，紧固片401上下设置且其上开设有螺纹孔，螺纹孔内设有与之相配合的螺栓，热调节组件包括两个横管2、两个竖管5和四个连接管3，竖管5、导热片403、连接杆405均为高导热性金属材料制成，竖管5与导热片403接触的位置裸露其余位置均包覆有海绵保温套，其相互连接构成环绕在双极板本体1***的方形结构，竖管5的上部和下部通过导热片403夹持固定，储液器13内储存有介质溶液并设有加热装置14，储液器13通过进液管道10和出液管道15与竖管5相连通，进液管道10上安装有第一电磁阀11和水泵12，左侧的通道9上端与冷阱18上的第一循环管道16相连通，右侧的通道9下端和第二循环管道8相连通，第一循环管道16上设有第二电磁阀19，右侧的通道9上端与压缩气罐17相连通，压缩气罐17上设有控制气体出入的第三电磁阀20，左侧的通道9下端设有可拆卸的密封件21；

通道9内设有温度检测装置7，双极板本体1上设有控制器6，控制器6分别与温度检测装置7、第一电磁阀11、第二电磁阀19、第三电磁阀20、加热装置14电性连接，控制器6通过外界电源或电池供电。

实施例3：

一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，包括双极板本体1和热调节组件，双极板本体1为316L不锈钢材料制成，且表面沉积有TiN薄膜，通过化学蚀刻有栅型流场；

双极板本体1内部设有通道9，通道9的数量为4条且横向和纵向两两间隔设置，横向的通道9与纵向的通道9位于同一平面且相互连通，横向的通道9的两端通过开口与外部连通且开口处设有内螺纹，连接件4包括连接杆405，连接杆405的一端设有与内螺纹相配合的外螺纹，另一端与导热片403固定连接，导热片403外侧设有减震片404和外壳402，减震片404为聚氨酯材料制成，导热片403在远离连接杆405的一侧设有紧固片401，紧固片401上下设置且其上开设有螺纹孔，螺纹孔内设有与之相配合的螺栓，热调节组件包括两个横管2、两个竖管5和四个连接管3，竖管5、导热片403、连接杆405均为高导热性金属材料制成，竖管5与导热片403接触的位置裸露其余位置均包覆有海绵保温套，其相互连接构成环绕在双极板本体1***的方形结构，竖管5的上部和下部通过导热片403夹持固定，储液器13内储存有介质溶液并设有加热装置14，储液器13通过进液管道10和出液管道15与竖管5相连通，进液管道10上安装有第一电磁阀11和水泵12，左侧的通道9上端与冷阱18上的第一循环管道16相连通，右侧的通道9下端和第二循环管道8相连通，第一循环管道16上设有第二电磁阀19，右侧的通道9上端与压缩气罐17相连通，压缩气罐17上设有控制气体出入的第三电磁阀20，左侧的通道9下端设有可拆卸的密封件21；

通道9内设有温度检测装置7，双极板本体1上设有控制器6，控制器6分别与温度检测装置7、第一电磁阀11、第二电磁阀19、第三电磁阀20、加热装置14电性连接，控制器6通过外界电源或电池供电。

实施例4：

一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，包括双极板本体1和热调节组件，双极板本体1为316L不锈钢材料制成，且表面沉积有TiN薄膜，通过化学蚀刻有螺旋蛇型流场；

双极板本体1内部设有通道9，通道9的数量为4条且横向和纵向两两间隔设置，横向的通道9与纵向的通道9位于同一平面且相互连通，横向的通道9的两端通过开口与外部连通且开口处设有内螺纹，连接件4包括连接杆405，连接杆405的一端设有与内螺纹相配合的外螺纹，另一端与导热片403固定连接，导热片403外侧设有减震片404和外壳402，减震片404为聚氨酯材料制成，导热片403在远离连接杆405的一侧设有紧固片401，紧固片401上下设置且其上开设有螺纹孔，螺纹孔内设有与之相配合的螺栓，热调节组件包括两个横管2、两个竖管5和四个连接管3，竖管5、导热片403、连接杆405均为高导热性金属材料制成，竖管5与导热片403接触的位置裸露其余位置均包覆有海绵保温套，其相互连接构成环绕在双极板本体1***的方形结构，竖管5的上部和下部通过导热片403夹持固定，储液器13内储存有介质溶液并设有加热装置14，储液器13通过进液管道10和出液管道15与竖管5相连通，进液管道10上安装有第一电磁阀11和水泵12，左侧的通道9上端与冷阱18上的第一循环管道16相连通，右侧的通道9下端和第二循环管道8相连通，第一循环管道16上设有第二电磁阀19，右侧的通道9上端与压缩气罐17相连通，压缩气罐17上设有控制气体出入的第三电磁阀20，左侧的通道9下端设有可拆卸的密封件21；

通道9内设有温度检测装置7，双极板本体1上设有控制器6，控制器6分别与温度检测装置7、第一电磁阀11、第二电磁阀19、第三电磁阀20、加热装置14电性连接，控制器6通过外界电源或电池供电。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，其特征在于，包括双极板本体(1)和热调节组件，所述双极板本体(1)内部设有通道(9)，所述通道(9)的数量为4条且横向和纵向两两间隔设置，横向的通道(9)与纵向的通道(9)位于同一平面且相互连通，横向的通道(9)的两端通过开口与外部连通且开口处设有内螺纹，连接件(4)包括连接杆(405)，所述连接杆(405)的一端设有与所述内螺纹相配合的外螺纹，另一端与导热片(403)固定连接，所述导热片(403)在远离连接杆(405)的一侧设有紧固片(401)，所述紧固片(401)上下设置且其上开设有螺纹孔，螺纹孔内设有与之相配合的螺栓，所述热调节组件包括两个横管(2)、两个竖管(5)和四个连接管(3)，其相互连接构成环绕在双极板本体(1)***的方形结构，竖管(5)的上部和下部通过导热片(403)夹持固定，储液器(13)内储存有介质溶液并设有加热装置(14)，所述储液器(13)通过进液管道(10)和出液管道(15)与竖管(5)相连通，所述进液管道(10)上安装有第一电磁阀(11)和水泵(12)，左侧的通道(9)上端与冷阱(18)上的第一循环管道(16)相连通，右侧的通道(9)下端和第二循环管道(8)相连通，所述第一循环管道(16)上设有第二电磁阀(19)，右侧的通道(9)上端与压缩气罐(17)相连通，所述压缩气罐(17)上设有控制气体出入的第三电磁阀(20)，左侧的通道(9)下端设有可拆卸的密封件(21)；所述通道(9)内设有温度检测装置(7)，所述双极板本体(1)上设有控制器(6)，所述控制器(6)分别与温度检测装置(7)、第一电磁阀(11)、第二电磁阀(19)、第三电磁阀(20)、加热装置(14)电性连接，所述控制器(6)通过外界电源或电池供电。

2.如权利要求1所述的甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，其特征在于，所述双极板本体(1)为316L不锈钢材料制成，且表面沉积有TiN薄膜。

3.如权利要求1所述的甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，其特征在于，所述双极板本体(1)的表面通过化学蚀刻有点状流场、网状流场、栅型流场、螺旋蛇型流场中的一种。

4.如权利要求3所述的甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，其特征在于，所述导热片(403)外侧设有减震片(404)和外壳(402)。

5.如权利要求4所述的甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，其特征在于，所述减震片(404)为聚氨酯材料制成。

6.如权利要求1所述的甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，其特征在于，所述竖管(5)、导热片(403)、连接杆(405)均为高导热性金属材料制成。

7.如权利要求1所述的甲醇燃料电池用可调节温度的双极板组件，其特征在于，竖管(5)与导热片(403)接触的位置裸露其余位置均包覆有海绵保温套。

Images