使其成為一體。根據(jù)直接甲醇燃料電池的實際需要選定霧化供給所需的甲醇溶液濃度。電池開始工作時，在電池自身產(chǎn)生電能的驅(qū)動下，通過調(diào)節(jié)微栗7、8來調(diào)節(jié)水儲存箱9和純甲醇儲存箱6的出口流量，可以操控進入微流控芯片5中甲醇和水的比例，從而得到特定濃度的甲醇溶液。之后混合好的甲醇溶液經(jīng)供給管道進入到燃料儲存箱4中。根據(jù)需要再通過微栗3控制燃料儲存箱4出口處的出口流量，甲醇溶液經(jīng)供給管道到達超聲霧化器2，在超聲振動作用下甲醇溶液由液流變成微小的液滴，供給至直接甲醇燃料電池的陽極。
[0031]直接甲醇燃料電池中，在陽極催化劑的作用下，甲醇發(fā)生氧化反應生成了二氧化碳(CO2)和氫離子(H+)，為了防止燃料堆積，未反應完的甲醇溶液將被回收至甲醇溶液儲存箱4中，用于下一次供給。產(chǎn)生的H+穿過質(zhì)子交換膜到達電池的陰極，在催化劑的作用下與陰極的(O2)發(fā)生還原反應生成水(H20)。多余的水將經(jīng)陰極流場通道進入到水儲存箱9中，用作下一次稀釋甲醇的原料。圖1所示的供給系統(tǒng)結(jié)合直接甲醇燃料電池10構成了一個半循環(huán)系統(tǒng)。
[0032]對于小型的直接甲醇燃料電池，微流控芯片出口13的輸出流量就能滿足直接甲醇燃料電池的供給需要，從而可以去除附圖1中的燃料儲存箱4來達到簡化裝置的目的。
[0033]對于以液態(tài)方式進行供給的微型直接甲醇燃料電池，可將微流控芯片直接嵌入到電池的結(jié)構中，使它們成為一個整體，再通過微閥和微栗的控制和調(diào)節(jié)作用就能形成一個完整的微型電池系統(tǒng)。
[0034]參照附圖1和2所示，所述純甲醇儲存箱6和水儲存箱9通過供給管道分別與微流控芯片5的通道入口 2(14)和通道入口 1(11)相連，且用微栗(7、8)對兩者的流量進行控制；微流控芯片5的通道出口 13直接與燃料儲存箱4相連;燃料儲存箱4的出口則通過供給管道依次連接微栗3、超聲霧化器2以及甲醇燃料電池的陽極流場板。微流控芯片5由玻璃和有機聚合物等材料制成，進出口和通道被刻在有機聚合物表面，然后將其密封在玻璃片上，包括11-通道入口 I，12-流場通道，13-通道出口，14-通道入口 2。所述流場通道12為非對稱式方形循環(huán)腔121、圓弧通道122、擴張腔123依次相連;方形循環(huán)腔擴張比為1:8，擴張腔擴張比為1:5。工作時，通過調(diào)節(jié)微栗7和8來控制進入微流控芯片的純甲醇和水的流量比，根據(jù)通道入口 1、2的流量比例就能通道出口處的甲醇溶液的濃度，在芯片流場特殊結(jié)構的作用下，實現(xiàn)兩股液體的均勻混合。如:在通道出口處獲得濃度為12.82mol/L的甲醇溶液，只需保證微栗7和8的流量相同即可。
[0035]燃料電池的陰極流場板與水儲存箱9相連實現(xiàn)陰極反應產(chǎn)物的回收。
[0036]燃料電池的陽極流場板與燃料儲存箱4相連實現(xiàn)陽極多余甲醇溶液的回收。
[0037]在有電子負載I時，在直接甲醇燃料電池1自身電能的驅(qū)動下，通過微栗(3、7、8)分別控制純甲醇儲存箱6和水儲存箱9中甲醇和水的出口流量實現(xiàn)甲醇溶液濃度的控制，進入微流控芯片5的甲醇和水快速均勻混合得到甲醇溶液，進入燃料儲存箱中；
[0038]燃料儲存箱4中甲醇溶液由供給管道進入到超聲霧化器2中，在超聲作用下被霧化，以液滴的形式進入所述燃料電池的陽極流場板進行發(fā)電。
[0039]液滴粒徑在50微米以下。
[0040 ] 甲醇溶液的濃度范圍為0.5?12mo I /L。
[0041 ] 超聲的頻率為50-55KHZ。
[0042]參照附圖3，在室溫條件下，對提出的通道結(jié)構進行實驗。在水中摻入熒光粒子，將純甲醇和水以相同的速度分別沿進口 11和14通入到微流控芯片中。在共聚焦顯微鏡下，利用CCD相機拍攝通道出口處的流體圖像。最后，對圖像的灰度值進行提取，計算其標準偏差，就能計算出液體之間的混合程度。附圖3中的實驗結(jié)果顯示，采用本發(fā)明微流控芯片，在較低流速時就能獲得90%以上的混合效率。因而，微流控芯片的引入實現(xiàn)了純甲醇和水的自動混合，為霧化供給創(chuàng)造了條件，有利于電池性能的進一步提高。
【主權項】
1.一種直接甲醇燃料電池供給系統(tǒng)，其特征在于包括超聲霧化器、微流控芯片、燃料儲存箱、純甲醇儲存箱、水儲存箱、微栗、供給管道； 所述純甲醇儲存箱和水儲存箱通過供給管道分別與微流控芯片的兩個進口相連，且用微栗對兩者的流量進行控制;微流控芯片的出口與燃料儲存箱相連;燃料儲存箱的出口通過微栗連接超聲霧化器;所述超聲霧化器安裝在直接甲醇燃料電池的封裝外殼上使其成為一體，且連通甲醇燃料電池的陽極流場板。2.如權利要求1所述直接甲醇燃料電池供給系統(tǒng)，其特征在于所述微流控芯片的流場通道為非對稱式方形循環(huán)腔、圓弧通道、擴張腔依次相連;方形循環(huán)腔擴張比為1:8，擴張腔擴張比為1:5。3.如權利要求1所述直接甲醇燃料電池供給系統(tǒng)，其特征在于所述燃料電池的陰極流場板與水儲存箱相連實現(xiàn)陰極反應產(chǎn)物的回收。4.如權利要求1所述直接甲醇燃料電池供給系統(tǒng)，其特征在于燃料電池的陽極流場板與燃料儲存箱相連實現(xiàn)陽極多余甲醇溶液的回收。5.—種直接甲醇燃料電池半循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于包括直接甲醇燃料電池、超聲霧化器、微流控芯片、燃料儲存箱、純甲醇儲存箱、水儲存箱、微栗、供給管道;所述直接甲醇燃料電池包括封裝外殼、陽極流場板、膜電極組件、陰極流場板、密封圈； 所述純甲醇儲存箱和水儲存箱通過供給管道分別與微流控芯片的兩個進口相連，且用微栗對兩者的流量進行控制;微流控芯片的出口與燃料儲存箱相連;燃料儲存箱的出口通過微栗連接超聲霧化器;所述超聲霧化器安裝在直接甲醇燃料電池的封裝外殼上使其成為一體，且連通甲醇燃料電池的陽極流場板;燃料電池的陰極流場板與水儲存箱相連實現(xiàn)陰極反應產(chǎn)物的回收;燃料電池的陽極流場板與燃料儲存箱相連實現(xiàn)陽極多余甲醇溶液的回收。6.如權利要求5所述直接甲醇燃料電池供給系統(tǒng)，其特征在于所述微流控芯片的流場通道為非對稱式方形循環(huán)腔、圓弧通道、擴張腔依次相連;方形循環(huán)腔擴張比為1:8，擴張腔擴張比為1:5。7.權利要求1所述直接甲醇燃料電池供給方法，其特征在于包括以下步驟: 當電池開始工作時，在直接甲醇燃料電池自身電能的驅(qū)動下，通過微栗分別控制純甲醇儲存箱和水儲存箱中甲醇和水的出口流量實現(xiàn)甲醇溶液濃度的控制，進入微流控芯片的甲醇和水快速均勻混合得到甲醇溶液，進入燃料儲存箱中； 燃料儲存箱中甲醇溶液由供給管道進入到超聲霧化器中，在超聲作用下被霧化，以液滴的形式進入所述燃料電池的陽極流場板進行發(fā)電。8.如權利要求7所述直接甲醇燃料電池供給方法，其特征在于所述液滴粒徑在50微米以下。9.如權利要求7所述直接甲醇燃料電池供給方法，其特征在于所述甲醇溶液的濃度范圍0.5?12mol/L。10.如權利要求7所述直接甲醇燃料電池供給方法，其特征在于所述超聲的頻率為50-55KHzo
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接甲醇燃料電池供給系統(tǒng)和方法。包括直接甲醇燃料電池、超聲霧化器、微流控芯片、燃料儲存箱、純甲醇儲存箱、水儲存箱、微泵、供給管道；微流控芯片包括流場通道；流場通道為非對稱式方形循環(huán)腔、圓弧通道、擴張腔依次相連；甲醇儲存箱和水儲存箱通過供給管道分別與微流控芯片的兩個進口相連，且用微泵對兩者的流量進行控制；微流控芯片的出口與燃料儲存箱相連；燃料儲存箱的出口通過微泵連接超聲霧化器；所述超聲霧化器連通甲醇燃料電池的陽極流場板。本發(fā)明的優(yōu)點在于使用該方式混合的甲醇溶液濃度可控，混合均勻，將為霧化供給方式提供良好的條件，從而進一步提高燃料電池的性能；均勻的甲醇溶液提高了電池放電的穩(wěn)定性。
【IPC分類】H01M8/06
【公開號】CN105449246
【申請?zhí)枴緾N201610031160
【發(fā)明人】吳超群, 唐凱, 羅豪, 劉凌豪, 吳志剛
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2016年1月18日