一种阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统，包括基板、电池组及其运行系统，电池组有多个电池单池模块构成，电池单池模块由外到内依次包括阴极极板层、阴极扩散层、膜电极、阳极扩散层、阳极极板层，阳极极板层的周壁均匀分布有贯穿孔；该系统采用整体化的设计理念，通过电池单池结构上的创新和模块化设计，同时将各单池的安装、连接、输出稳压以及参数监控功能集成化设计在一块PCB母板上，实现了组装方便、结构紧凑、功能集成、功率设计灵活、比功率高的直接甲醇燃料电池系统。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及属于清洁能源领域，尤其涉及一种阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池作为一种不经燃烧过程的低污染、高效的发电装置，是21世纪未来的第四代主要发电技术。被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)以其系统结构简单、体积能量密度高、运行可靠及燃料补充方便等优点，特别适合用作各种用途的移动式或可携带式的电源。 管状结构的DMFC由于其具有电极反应面积大于平板型以及密封简单等优势，其应用在便携式电源方面有着特有的优势。近年来，国内外都出现过对于管状直接甲醇燃料电池的研究报道，文献显示国外的研究多集中在单池的性能上，且多采用价格昂贵的阴阳极材料。国内山东理工大学报道了一种新型管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池，但是未有组成电池组的报道；南通大学报道的圆形直接甲醇燃料电池，其复杂的阴阳极结构对于电池的微型化以及提升电池的比功率密度都不利。总结起来，现有的管状直接甲醇燃料电池，多停留在单池设计的阶段，对电池组的组装以及后续的输出控制等问题未能得到综合的考虑和有效的解决；降低成本、提升电池的性能尤其是提高电池的比功率密度是一个系统化的工作， 整体化的设计理念已经得到了已经为人们所共识。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、性能可靠的、效率高的阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统。本技术通过下述技术方案实现—种阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统，包括基板、电池组及其运行系统，所述电池组有多个电池单池模块构成，所述电池单池模块由外到内依次包括阴极极板层、阴极扩散层、膜电极、阳极扩散层、阳极极板层，所述阳极极板层的周壁均勻分布有贯穿孔；所述阳极极板层的一端设置有聚四氟乙烯绝缘盖，阳极极板层的另一端设置有聚四氟乙烯绝缘环，所述阳极极板层与阴极极板层之间相互绝缘，所述阴极极板层与阳极极板层之间由外至里依次包括阴极扩散层、膜电极和阳极扩散层，所述膜电极的一面通过阴极密封垫片与阳极极板层的端部密封，所述膜电极的另一面通过阳极密封垫片与阴极极板层的端部密封。所述多个电池单池模块阵列安装，具体是按照行列的划分阵列安装在基板上，其中同一列的电池单池模块之间是串联连接，各列之间并联连接。所述电池单池模块通过单池安装支座设置在基板上，所述单池安装支座包括支座接口、设置在支座接口底部的绝缘底座、设置在绝缘底座中部的压紧弹簧和阴极板，在支座接口的底部还设置有阴极引脚和阳极引脚，压紧弹簧与阳极引脚连接，电池单池模块的阴极、阳极分别与阴极引脚和阳极引脚连接，所述电池单池模块的外壁设置有凸耳，凸耳与支座接口的卡口卡合，压紧弹簧与电池单池模块的阳极相抵并电接触。所述运行系统包括参数显示装置、数据采集控制单元、系统运行开关、DC/DC单元。阳极极板层为不锈钢圆筒结构，所述阳极极板层的周壁均勻分布有贯穿孔，该贯穿孔的形状为圆形、方形或者六边形中的一种。所述的数据采集控制单元包括ARM单片机、数据采集芯片、电压电流传感器、温度传感器。所述阴极极板层的一端外部套设有上缩紧卡箍，阴极极板层的另一端外部套设有下缩紧卡箍。所述阳极扩散层和阴极扩散层采用炭布或者不锈钢纤维毡制成。所述电池单池模块通过单池安装支座固定在基板上，所述单池安装支座为弹簧卡合结构。所述运行系统还包括系统运行开关、接线端；所述基板为PCB板。与现有技术相比本技术的有益效果在于本技术由内外两层圆柱形不锈钢管状结构，构成阳极极板层和阴极极板层， 同时内层阳极极板层又是甲醇溶液储液腔和单池的结构支撑，外层阴极极板层兼做单池的紧固装置，结构功能的复用极大提高了单池模块的紧凑性；一体化设计的基板，电池单池通过的安装支座将其与基板连接，使电池组拆装方便灵活。并运用布线技术将各单池根据系统输出设计需要实现串/并联连接的电池组的功能。同时集成了 DC/DC转换单元和运行参数监控单元可以将电池组的输出稳压到可调节的设计输出并实时监控系统的电压、电流等运行参数。该系统采用整体化的设计理念，通过电池单池结构上的创新和模块化设计，同时将各电池单池的安装、连接、输出稳压以及参数监控功能集成化设计在一块PCB板上，实现了组装方便、结构紧凑、功能集成、功率设计灵活、比功率高的直接甲醇燃料电池系统。阴极极板层的一端外部套设有上缩紧卡箍，阴极极板层的另一端外部套设有下缩紧卡箍，采用卡箍式锁紧结构，电池单池组装方便。本技术专利采用模块化构造，配合特殊设计的基板可以很容易实现电池之间的串并联连接和电池组功率的扩展。本技术专利采用结构功能复用的设计，舍弃了传统的电池两极的支撑、紧固等结构，简化了电池结构，降低了电池成本，提高了电池的比功率密度。本技术系统集成了数据采集控制单元，稳压控制以及运行监控单元，具有高集成度；同时数据采集控制单元应用了 ARM单片机及其外围电路进一步智能化的升级提供了基石出。附图说明图1为本技术阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统的结构示意图；图2为本技术阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统的功能原理图；图3为本技术阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统电池单池模块的剖视结构示意图；图4为本技术电池单池模块的阳极极板层结构示意图；图5为本技术电池单池模块的阴极极板层结构示意图；图6为本技术电池单池模块与安装支座的装配示意图；图7为本技术安装支座的结构示意图；图8为本技术DC/DC单元的电路原理图。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作进一步具体详细描述，但本技术的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例如图1所示，本技术阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统，包括基板7(为 PCB板)、电池组及其运行系统，所述电池组有多个电池单池模块1构成。如图3所示，所述电池单池模块1由外到内依次包括阴极极板层21 (图5为结构立体图)、阴极扩散层23、膜电极24、阳极扩散层25、阳极极板层观(图4为结构立体图)，所述阳极极板层观的周壁均勻分布有贯穿孔；所述阳极极板层观的一端设置有聚四氟乙烯绝缘盖27，阳极极板层观的另一端设置有聚四氟乙烯绝缘环26，所述阳极极板层观与阴极极板层21之间相互绝缘， 所述阴极极板层21与阳极极板层观之间由外至里依次包括阴极扩散层23、膜电极M和阳极扩散层25，所述膜电极M的一面通过阴极密封垫片四与阳极极板层观的端部密封，所述膜电极M的另一面通过阳极密封垫片30与阴极极板层21的端部密封。如图5所示，为组装方便，该阴极极板层21可采用两瓣式拼接结构。如图4所示。阳极极板层观由具有一定厚度的不锈钢棒经过车削加工出筒状储液腔结构，综合考虑阳极极板层观结构强度以及传质效果等因素在其与膜电极M的有效反应区对应的区域，其贯穿孔可在按照一定的开孔率(45% -60% )及开孔形状(圆形、方形、六边形)均勻分布。阳极极板层观的内壁同时具有甲醇水溶液容腔、积流板和单池的结构支撑的功能。阳极极板层观的周壁上预留一定面积的非反应区(不打孔)作为膜电极M的接头密封区域。一定浓度(1摩尔每升一2摩尔每升)的甲醇水溶液通过阳极极板层观上的贯穿孔同阳极扩散层25接触。紧贴阳极极板层观内层的阳极扩散层25，由具有良好韧性的多孔毛细介质构成，如炭布或毛细金属纤维毡，并经本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种阵列管式自呼吸直接甲醇燃料电池系统，包括基板、电池组及其运行系统，其特征在于：所述电池组有多个电池单池模块构成，所述电池单池模块由外到内依次包括阴极极板层、阴极扩散层、膜电极、阳极扩散层、阳极极板层，所述阳极极板层的周壁均匀分布有贯穿孔；所述阳极极板层的一端设置有聚四氟乙烯绝缘盖，阳极极板层的另一端设置有聚四氟乙烯绝缘环，所述阳极极板层与阴极极板层之间相互绝缘，所述阴极极板层与阳极极板层之间由外至里依次包括阴极扩散层、膜电极和阳极扩散层，所述膜电极的一面通过阴极密封垫片与阳极极板层的端部密封，所述膜电极的另一面通过阳极密封垫片与阴极极板层的端部密封。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付婷，汤勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81