用于直接液体供给燃料电池的液-气分离器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于直接液体供给燃料电池的液－气分离器。该液－气分离器包括：具有开口孔的外壳；覆盖开口孔并只传输气体的气体萃取膜；液体萃取膜，其限定出与气体萃取膜接触的第一腔和不与气体萃取膜接触的第二腔，并且有选择地将第一腔中的液体传输到第二腔中；将液体和气体导入第一腔的入口；以及与第二腔连接并且将第二腔中的液体引到外侧的出口。利用本发明专利技术，在对液－气分离器的方位基本没有限制的情况下可对液体和气体进行分离。此外，还可以避免因颗粒导致泵发生故障或者可以减轻从外部源进入的阳离子所引起的燃料电池堆的恶化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于从直接液体供给燃料电池的阳极排出的未反应的液体燃料中分离二氧化碳的液-气分离器。
技术介绍
直接液体供给燃料电池是通过如甲醇或乙醇之类的有机燃料和氧化剂、即氧之间的电化学反应发电的设备。直接液体供给燃料电池产生的电能能量密度高且电流密度高。此外，由于如甲醇之类的液体燃料直接供给直接液体供给燃料电池，所以直接液体供给燃料电池不需要如重整器之类的外围装置，并且容易存储和供应液体燃料。图1为直接液体供给燃料电池的横截面图。参考图1，直接供给燃料电池的结构中电解质膜1被置于阳极2和阴极3之间。阳极2包括用于提供并扩散燃料的扩散层22、使燃料发生氧化反应的催化剂层21和电极支撑层23。阴极3也包括用于提供并扩散燃料的扩散层32、使燃料发生还原反应的催化剂层31和电极支撑层33。电极反应的催化剂由如铂之类的低温下催化性能优异的贵金属形成，为了避免催化剂因电极反应的副产物CO而中毒，可以使用如钌、铑、锇或镍之类的过渡金属的合金形成的催化剂。电极支撑层23和33可以由防水碳纸或防水碳纤维形成，以易于供应燃料和排出反应物。电解质膜1是具有离子传导性并且可以包含水分的氢离子交换膜，也可以是厚度为50-200μm的聚合物膜。如下所述，属于一种直接液体供给燃料电池的直接甲醇燃料电池(DMFC)的电极反应包括使燃料氧化的阳极反应和使氢和氧还原的阴极反应。CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-(阳极反应)3/2O2+6H++6e-→3H2O (阴极反应) CH3OH+3/2O2→2H2O+CO2(总反应)在使燃料氧化的阳极2处产生二氧化碳、氢离子和电子(反应1)。氢离子通过电解质膜1迁移到阴极3上。氢离子、从外部电路转送来的电子和阴极3处的氧之间的还原反应生成水(反应2)。因此，甲醇和氧之间的总电化学反应(反应3)的结果生成水和二氧化碳。一摩尔甲醇和氧反应生成两摩尔水。燃料电池中使用的液体燃料可以是纯甲醇和系统中产生的水或已经存储在燃料电池中的水的混合物。当使用高浓度的燃料时，因燃料在电解质膜(氢离子交换膜)处发生渗透(crossover)而使燃料电池的性能显著降低。因此，通常使用稀释成如0.5到2M(2到8体积％)的低浓度甲醇。图2为用于燃料电池的传统液-气分离器10模型的横截面图。因为可采用便携式燃料电池，所以将液-气分离器10用于便携式燃料电池时，没有将其固定于一个位置上。当液-气分离器10处于正常位置(参考图2A)时，未反应的燃料和二氧化碳通过入口11进入液-气分离器10中。二氧化碳从形成在液-气分离器主体的顶板上的孔12中排出，未反应的燃料通过形成在液-气分离器主体下部的出口13被回收到燃料电池中。然而，当液-气分离器10颠倒时(参考图2B)，二氧化碳可能通过出口13进入阳极，未反应的燃料可能通过孔12排到外侧。进入液-气分离器10的入口11中的液体燃料可能包括催化剂、金属颗粒和金属离子，例如Fe离子。催化剂和金属颗粒可能导致与液-气分离器10连接的泵(未示出)发生故障，金属离子可能污染燃料堆。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于直接液体供给燃料电池中进行液-气分离和异物过滤的液-气分离器。根据本专利技术的一个方面，提供一种直接液体供给燃料电池的液-气分离器，该液-气分离器接收来自直接液体供给燃料电池的液体和气体并使液体和气体分离，其包括具有开口孔的外壳；覆盖开口孔且只传输气体的气体萃取膜(extracting membrance)；液体萃取膜，其限定出与气体萃取膜接触的第一腔和不与气体萃取膜接触的第二腔，并且有选择地将第一腔中的液体传输到第二腔中；将液体和气体导入第一腔的入口；以及与第二腔连接并将第二腔中的液体引到外侧的出口。液体萃取膜可以具有直径为50μm或更小的孔。液-气分离器还可包括，在第二腔中具有的孔大于液体萃取膜的孔的第一膜。第二腔可以填满直径为0.1到1mm的离子交换珠(beads)。气体萃取膜可以由聚四氟乙烯(PTFE)构成。气体萃取膜可以通过将多孔加强部件和PTFE一起压制而形成。可将液体萃取膜设置成基本平行于气体萃取膜。根据本专利技术另一方面，提供一种直接液体供给燃料电池的液-气分离器，该液-气隔离器接收来自直接液体供给燃料电池中的液体和气体并对液体和气体进行分离，其包括在外周边上具有开口部分的外壳；覆盖该开口孔并且只传输气体的气体萃取膜；液体萃取膜，其限定出与气体萃取膜连接的第一腔和不与气体萃取膜连接的第二腔，并且有选择地将第一腔中的液体传输到第二腔中；将液体和气体导入第一腔的入口；以及与第二腔连接并且将第二腔中的液体导向外侧的出口。第二腔可以形成在第一腔的内侧。附图说明通过参考附图对本专利技术的一些示例性实施方式进行详细描述，本专利技术的上述及其它特征和优点将更加明显。附图中图1为直接液体供给燃料电池的基本构造的横截面图；图2为用于燃料电池的传统液-气分离器模型的横截面图；图3为具有本专利技术一实施方式的液-气分离器的直接液体供给燃料电池系统的示意图；图4为本专利技术一实施方式的液-气分离器的横截面图；图5为图4所示的液-气分离器处于不同方位上的横截面图；图6为本专利技术另一实施方式的液-气分离器的横截面图；图7为本专利技术又一实施方式的液-气分离器的横截面图；图8为本专利技术再一实施方式的液-气分离器的横截面视图。具体实施例方式现在将参考示出了本专利技术一些示例性实施方式的附图对本专利技术进行更全面的描述。图3为具有本专利技术一实施方式的液-气分离器的直接液体供给燃料电池系统的示意图。参考图3，直接液体供给燃料电池系统包括如燃料电池堆(fuel cellstack)190之类的直接液体供给燃料电池、液-气分离器100，其接收经稀释的未反应液体燃料和由电化学反应产生的二氧化碳之后，将二氧化碳排到大气中并且通过水泵191将液体燃料移送到阳极、将经稀释的未反应的液体燃料(例如甲醇)从燃料罐195输送到燃料电池堆190的燃料泵192、以及向燃料电池堆190提供空气的送风机193。阴极上产生的水被排到外侧或可被循环到液-气分离器100或燃料罐195。图4为本专利技术一实施方式的液-气分离器100的横截面图。参考图4，液-气分离器100包括具有开口孔111的外壳110。外壳110由气体或液体不能通过的壁形成。在开口孔111上形成气体萃取膜115。在外壳110中形成与气体萃取膜115平行的液体萃取膜120。液体萃取膜120将外壳110的内部空间分成第一腔112和第二腔114。外壳110可以由金属、塑料材料或柔软乙烯树脂形成。第一腔112的外壳110包括将液体燃料和二氧化碳从外部源、例如燃料电池堆190的阳极导入第一腔112的入口130。第二腔114的外壳110包括将第二腔114中未反应的燃料向燃料电池堆190的阳极输送的出口140(参见图3)(对此可以使用图3中的水泵191)。第二腔114可用亲水部件122填满。液体萃取膜120可以是具有直径为50μm或更小的孔的亲水泡沫部件。液体萃取膜120将催化剂和金属颗粒从第一腔112中的液体燃料中过滤出来，然后将液体燃料排放到第二腔114中。亲水部件122可以是所具有的孔比液体萃取膜120的孔大的亲水泡沫部件，例如其具有的孔的孔径为100μm到1mm。亲水部件122利于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接液体供给燃料电池的液－气分离器，该液－气分离器接收来自直接液体供给燃料电池的液体和气体并使所述液体和气体分离，其包括：具有开口孔的外壳；覆盖所述开口孔并且只传输所述气体的气体萃取膜；液体萃取膜，其限定出与所述 气体萃取膜接触的第一腔和不与所述气体萃取膜接触的第二腔，并有选择地将所述第一腔中的液体传输到所述第二腔中；将所述液体和气体导入所述第一腔中的入口；及与所述第二腔连接并将所述第二腔中的液体导出到外侧的出口。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜尚均，孙东岐，赵雄浩，崔相铉，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]