一种直接甲醇燃料电池堆制造技术

本实用新型专利技术公开了一种直接甲醇燃料电池堆。该电池堆中的各级单电池包括膜电极组件、位于膜电极组件两侧的集电板、位于集电板外侧的阳极双极支撑板和阴极支撑板、位于电池堆两端的右侧阳极支撑板和左侧阳极支撑板；还包括螺栓组、导电连接器、注液装置和外围电路控制系统；所述电池堆上方为导电连接器和注液装置；所述阳极集电板和阴极集电板为流场板与集电极的一体化，均由导电引出框和导电鱼鳞状拉伸网组合而成。本实用新型专利技术可以有效地减轻电池堆的重量，此外，拉伸网作为阴阳极的流场板能有效地缓解阳极的气淹和阴极的水淹现象，从而更好实现全被动式燃料电池堆。同时，拉伸网的应用还有利于减少电池的内阻，提高电池的输出性能。

【技术实现步骤摘要】
一种直接甲醇燃料电池堆
本技术涉及直接甲醇燃料电池
，具体涉及一种直接甲醇燃料电池堆。
技术介绍
燃料电池产生的电能直接由原料本身的化学能直接转化而来，并且具有较高的能量密度、较低的环境污染性，再加上原料的丰富性等优势，受到了越来越多的关注。其中，相比属于质子交换膜燃料电池的氢燃料电池的氢原料制取成本高、储运危险以及使用条件苛刻等诸多因素，属于同类的直接甲醇燃料电池以甲醇为阳极原料，因其工作温度低（一般在室温工作）、理论比能量高、携带方便和使用安全等特点有着良好的应用前景，被业界认为是最有希望率先实现市场化的一类燃料电池。对于阳极二氧化碳堵塞造成的“气淹”和阴极水堵塞造成的“水淹”，均属于产物管理问题，产物生成后，通过多孔气体扩散层进入到流场中，合适的多孔气体扩散层和流场结构将有助于产物及时有效脱离和排出，否则将会影响反应物的分布，甚至完全阻隔，无法为电化学反应提供基本的燃料供给，导致电池性能降低，甚至停止工作。因此，从这方面来讲，两极的产物管理问题是DMFC中一个亟待解决的部分，不容忽视。目前，大部分的研究者在解决产物管理问题时的研究主体是集电板的结构，但大部分的探究是集中于被动式的直接甲醇燃料单电池，而对被动式的直接甲醇燃料电池堆的探究却较少，但后者中的产物管理相比前者而言更为重要，且存在更高的应用价值。与此同时，传统的集电板大多为二维结构，加工工艺繁琐，加工成本较高。再加上，传统集电板整体均为金属材料，导致电池堆重量增加的同时，使得电池内部的电阻也相应增大。本技术中，电池大部分的构成元件均采用环氧树脂材料，有效降低电池堆的重量和电池内阻。再者，拉伸网作为集电板的一部分，通过设备冲压变形而形成，成品零件呈三维结构。在加工过程中，拉伸网仅存在塑性变形，且无废料产生，省去传统加工的热处理、线切割、抛光等步骤，节省时间和经济成本。进一步地，拉伸网有利于阳极二氧化碳气体的排放，缓解阳极“气淹”。拉伸网亦有利于将阴极水滴形成水通道，缓解阴极“水淹”，因而更好地实现了全被动式的直接甲醇燃料电池堆。
技术实现思路
为了可以有效地减轻电池堆的重量，有效地缓解阳极的“气淹”和阴极的“水淹”现象，从而更好实现全被动式燃料电池堆，并且减少电池的内阻，提高电池的输出性能，本技术公开了一种直接甲醇燃料电池堆。一种直接甲醇燃料电池堆，电池堆中的各级单电池包括膜电极组件6、位于膜电极组件两侧的阳极集电板和阴极集电板、分别位于阳极集电板和阴极集电板外侧的阳极双极支撑板5和阴极支撑板4、位于电池堆两端的右侧阳极支撑板3和左侧阳极支撑板7；电池堆还包括用于固定的螺栓组2、导电连接器8、注液装置1和外围电路控制系统；所述注液装置（1）位于导电连接器（8）的上方；所述的燃料电池电池堆上方为导电连接器和注液装置；所述的阳极集电板和阴极集电板为流场板与集电极的一体化，阳极集电板和阴极集电板均由金属导电引出框和导电鱼鳞状拉伸网组合而成。优选的，膜电极组件包括阴阳极多孔气体扩散层、阴阳极催化层和质子交换膜。优选的，所述的拉伸网具有三维结构，为一独立零件嵌入金属导电引出框内。优选的，所述金属导电引出框和拉伸网的材料均为不锈钢316。优选的，所述的拉伸网，既起到流场板的作用，均匀分配燃料，同时起到导电的作用，传导电子。优选的，在阳极集电板中，拉伸网水平放置，粗糙一面贴于阳极侧的膜电极，阳极双极支撑板5中部采取五点圆柱体对拉伸网支撑；而在阴极集电板中，拉伸网竖直放置，与阳极集电板上的拉伸网相差90度，粗糙一面贴于阴极侧的膜电极，阴极支撑板中部采用平行肋条结构对拉伸网支撑。优选的，所述的导电连接器8由印刷电路板12、弹性金属片11和单端输出接插件13组合而成；所述的导电连接器采用印刷电子技术工艺，在印刷电路板基础上，置有弹性金属片和单端输出接插件；所述金属导电引出框通过弹性金属片11与导电连接器8相通，各级单电池则可通过导电连接器8进行串联，并在印刷电路板12两端焊有单端输出接插件13，实现电路输出，以便负载的接入。优选的，所述的阳极双极支撑板5和阴极支撑板4为环氧树脂材料。优选的，在阳极双极支撑板5的中部，支撑结构为五点圆柱体，起支撑拉伸网的作用；在阴极支撑板4的中部，支撑结构为平行肋条，起支撑拉伸网的作用。优选的，所述的阳极双极支撑板5为双极板，具有两级电池的支撑结构和燃料腔，并开有排气孔，内部贴有气液分离膜，防止燃料泄露且排放废气。优选的，所述的外围电路控制系统的功能与电池的极化曲线相匹配，电池堆输出后，经过控制电路中的DC-DC变换单元与直流配电单元后输出至用电设备或储能设备，其中，控制电路中还包括巡检单元和电路保护单元。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：1、传统的集电板大多设计为二维结构，对电池堆产物管理效果的改善并不明显，同时由于其与膜电极接触面积过大而导致氧气、甲醇燃料的供给不足，造成电池性能改善不明显，而拉伸网具有三维结构，与膜电极接触面积大大减少，既能够改善产物管理的同时还能保证燃料的供给充分。2、拉伸网与导电引出框两者组合形成集电板，避免了传统集电板重量大，耗材多而导致便携性差、电池内阻升高的缺点。3、拉伸网作为集电板的一部分，通过设备冲压变形而形成，成品零件呈三维结构。在加工过程中，拉伸网仅存在塑性变形，且无废料产生，省去传统加工的热处理、线切割、抛光等步骤，节省时间和经济成本。4、阳极双极支撑板和阴极支撑板均采用环氧树脂材料制作而成，原料容易获取，成本低廉，加工性好，达到绝缘的效果，防止电池内部短路的同时还大大减轻了电池的重量，达到轻量化、便携性的效果。5、在电池堆上方，基于电子印刷术制作成导电连接器，在各个孔中，加入金属弹片，使得其与各级导电引出框紧密接触，减少接触电阻。6、在电池堆上方的注液装置，在一定程度上缓解了逐级重复供给燃料的繁琐，达到一次性注液的目的。附图说明图1是电池堆整体俯视图；图2是电池堆整体正视图；图3是导电连接器背部示意图；图4是阳极导电引出框的正视图、右视图。图5是阴极导电引出框的正视图、右视图。图6a、图6b分别是阴极支撑板的内部结构与外部结构示意图。图7a、图7b分别是阳极支撑板的内部结构与外部结构示意图。图8是鱼鳞状拉伸网正面（光滑面）示意图。图9是鱼鳞状拉伸网反面（粗糙面）示意图。图10是电池堆输出控制电路示意图。具体实施方式为进一步理解本技术，下面结合附图对本技术做进一步说明。但是需要说明的是，本技术要求保护的范围并不局限于以下实施例表述的范围。本技术的膜电极组件6由膜电极和PTFE密封垫（厚度为0.2mm）组成。本实例中所有膜电极均为气体扩散电极，主要包括阳极气体扩散电极、阴极气体扩散电极和质子交换膜。其中，气体扩散电极由基底和催化层构成，基底又由支撑层和微孔层构成。支撑层采用日本Toray公司的TGP-H-060型号燃料电池专用碳纸。微孔层主要成分为导电炭黑（VulcanXC72，美国E-TEK），形成于支撑层一侧表面。催化剂粉末（美国JohnsonMatthey）和适量异丙醇分析纯试剂混合、悬浮均匀后，形成催化剂浆料，将其均匀喷涂在微孔层表面，形成催化层。阳极为Pt-Ru催化剂，载量为4mg·cm-2，阴极为Pt催化剂，载量为2mg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直接甲醇燃料电池堆，其特征在于，电池堆中的各级单电池包括膜电极组件（6）、位于膜电极组件两侧的阳极集电板和阴极集电板、分别位于阳极集电板和阴极集电板外侧的阳极双极支撑板（5）和阴极支撑板（4）、位于电池堆两端的右侧阳极支撑板（3）和左侧阳极支撑板（7）；电池堆还包括用于固定的螺栓组（2）、电池堆上方的导电连接器（8）、注液装置（1）和外围电路控制系统；所述注液装置（1）位于导电连接器（8）的上方；所述的阳极集电板和阴极集电板为流场板与集电极的一体化，阳极集电板和阴极集电板均由金属导电引出框和导电鱼鳞状拉伸网组合而成。

【技术特征摘要】
1.一种直接甲醇燃料电池堆，其特征在于，电池堆中的各级单电池包括膜电极组件（6）、位于膜电极组件两侧的阳极集电板和阴极集电板、分别位于阳极集电板和阴极集电板外侧的阳极双极支撑板（5）和阴极支撑板（4）、位于电池堆两端的右侧阳极支撑板（3）和左侧阳极支撑板（7）；电池堆还包括用于固定的螺栓组（2）、电池堆上方的导电连接器（8）、注液装置（1）和外围电路控制系统；所述注液装置（1）位于导电连接器（8）的上方；所述的阳极集电板和阴极集电板为流场板与集电极的一体化，阳极集电板和阴极集电板均由金属导电引出框和导电鱼鳞状拉伸网组合而成。2.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池堆，其特征在于，所述的拉伸网具有三维结构，为一独立零件嵌入金属导电引出框内。3.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池堆，其特征在于，所述金属导电引出框和拉伸网的材料均为不锈钢316。4.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池堆，其特征在于，所述的拉伸网，既起到流场板的作用，均匀分配燃料，同时起到导电的作用，传导电子。5.根据权利要求1所述的一种直接甲醇燃料电池堆，其特征在于，在阳极集电板中，拉伸网水平放置，粗糙一面贴于阳极侧的膜电极，阳极双极支撑板（5）中部采取五点圆柱体对拉伸网支撑；而在阴极集电板中，拉伸网竖直放置，与阳极集电板上的拉伸网相差90度，粗糙一面贴于阴极侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟，苏晓晴，李锦广，庄梓译，王奥宇，李建峰，朱梓丹，汤勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44