一种基于重力作用下的自驱动式微流体无膜燃料电池

摘要

本发明涉及一种基于重力作用下的自驱动式微流体无膜燃料电池，其特征在于，燃料电池上盖板与燃料电池基板组成无膜燃料电池的主体，导线用以引出燃料电池内产生的电能供外部用电器使用；出口管一端与燃料电池上盖板连接，中段与调速阀连接，密封环与燃料电池上盖板连接后，将储液槽的出口置于密封环内部，通过密封环将储液槽的出口与燃料电池上盖板上的流道入口相连接。本发明可使燃料电池的能量净输出提升10％以上，进一步提升了燃料的利用效率；同时由于减少了泵等外部设备，使整个装置的制造、安装和操作过程简化，降低运行和维护成本。

说明书

【技术领域】

本发明涉及燃料电池技术领域，具体地说，是一种基于重力作用下的自驱动式微流体无膜燃料电池。

【背景技术】

目前，众所周知的传统微流体燃料电池装置基本都使用外部泵系统来供给燃料和氧化剂，使用外部泵系统来驱动微流体能够很精确的控制流体的流速以达到层流状态，从而反应物流体(燃料与氧化剂)在层流流动的控制下自然分层，免去了使用质子交换膜的需要并有效的控制了燃料电池装置内的电化学反应过程。但是，外部泵系统通常在尺寸上远大于微流体无膜燃料电池且难以缩小，使微流体无膜燃料电池小型化的道路受阻；其次，即使是现有最先进的微型泵所消耗的功率也在100μW左右，消耗了整个微流体无膜燃料电池总电能输出的约10％。这些问题给微流体无膜燃料电池的实际应用和产业化造成了困难。

自驱动微流体技术是一种无需外部驱动设备和消耗外部能源的微流体驱动技术，该技术不仅操作简便且免去了复杂的外部设备，给微流体无膜燃料电池的制造、装配和运行带来了极大的便利，提升了电池的能量输出，降低了生产成本，同时也使微流体无膜燃料电池的小型化成为可能。近几年来，不少研究人员都在力求将自驱动微流体技术应用于微流体无膜燃料电池。但是其中大部分由于利用气泡的表面张力来实现流体的驱动，若将这类技术实现手段应用于微流体无膜燃料电池，流体中所包含的气泡必将严重影响电池的整体输出性能、可靠性、和长期运行的稳定性。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于重力作用下的自驱动式微流体无膜燃料电池；用以解决现有的微流体燃料电池小型化困难且运行时消耗额外的能量等问题，克服已有自驱动微流体技术对无膜燃料电池性能输出以及长期稳定性的影响。

本发明的构思：在无膜燃料电池的燃料和氧化剂入口处，使用两个底部开孔并用U型连接管接通外部大气的可封闭式容器，作为反应流体的储液槽代替外部泵来供给两股流体，利用流体静力学原理，在重力作用下利用进出口的压强差使流体自动流入燃料电池的流道，并在燃料电池内部进行电化学反应后从出口流出。在恒定的进出口的压差下，当燃料电池运行时两股反应物流体在电池内部流道的流速将自动保持稳定，通过在出口设置流速调节阀用以调节进出口的压强差，从而方便的调节流体在微通道内的流速使其达到所需的合适的反应流速。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于重力作用下的自驱动式微流体无膜燃料电池，其特征在于，

燃料电池上盖板与燃料电池基板组成无膜燃料电池的主体，导线用以引出燃料电池内产生的电能供外部用电器使用；出口管一端与燃料电池上盖板连接，中段与调速阀连接，密封环与燃料电池上盖板连接后，将储液槽的出口置于密封环内部，通过密封环将储液槽的出口与燃料电池上盖板上的流道入口相连接。

所述的基板上刻有宽度为2mm，深度为0.5mm的T型对冲流道，在T型对冲流道两侧有两个对称矩形凹槽，在凹槽内可放置碳纸电极。

所述的储液槽包括活塞推杆、活塞、储液槽外壳和U型管。

所述的活塞外表面与储液槽外壳的内壁相接，此相接处必须密封，且具有一定摩擦阻力，使活塞在无外力推动下保持原位。

所述的U型管通过储液槽外壳底部所开设的连接孔与储液槽外壳相连，连接处用环氧树脂密封。

所述的密封环通过环氧树脂胶与燃料电池上盖板相连。

所述的密封环具有韧性，在固定储液槽的同时还兼具密封储液槽入口的作用。

所述的储液槽与密封环和燃料电池上盖板的连接为可拆式连接。

所述的储液槽内反应物用尽后可重新补充反应物。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明与现有外部泵系统驱动反应物技术相比具有相当的功率密度输出，但同时由于不需要外部设备从而使能量净输出提升10％以上，进一步提升了燃料的利用效率；同时由于减少了泵等外部设备，使整个装置的制造、安装和操作过程大大简化，运行和维护成本大大降低；装置的体积也可以根据需要制造成任意大小，特别是使微流体燃料电池的小型化成为了可能。

【附图说明】

图1是本自驱动式微流体燃料电池的结构示意图；

图2是储液槽与燃料电池连接处纵剖面构造图。

附图中的标记为：1、燃料电池上盖板，2、储液槽，3、外接导线，4、密封环，5、出口管，6、燃料电池基板，7、调速阀，21、活塞推杆，22、活塞，23、储液槽外壳，24、U型管。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种基于重力作用下的自驱动式微流体无膜燃料电池的具体实施方式。

实施例1

在图1中，本自驱动式微流体无膜燃料电池由燃料电池上盖板1与燃料电池基板6组成无膜燃料电池的主体，基板6上刻有宽度为2mm，深度为0.5mm的T型对冲流道，在T型对冲流道两侧有两个对称矩形凹槽，在凹槽内可放置碳纸电极，电极上方连接导线3用以引出燃料电池内产生的电能供外部用电器使用。出口管5一端与燃料电池上盖板连接，中段与调速阀7连接，调速阀7的作用是通过调节出口的流体流速来控制反应物流体在流道内的流速，用以达到燃料电池的最佳工作状态。密封环4与燃料电池上盖板连接后，将储液槽2的出口置于密封环内部，通过密封环4将储液槽2的出口与燃料电池上盖板1上的流道入口相连接。

在图2中，储液槽2包括活塞推杆21、活塞22、储液槽外壳23和U型管24，活塞22顶端与活塞推杆23连接，活塞22外表面与储液槽外壳23的内壁相接，此相接处必须密封，且具有一定摩擦阻力，使活塞22在无外力推动下保持原位，以便在储液槽内部产生封闭的空间，当流体流出储槽时，内部空间体积增大，使内部气体的压强减小，当内外存在压差时，通过U型管24外部空气将补充进来，使内部压强稳定，从而保证燃料电池进出口压强差的恒定，消除了负压强差对流体流动的阻滞作用，稳定燃料电池内部流道内燃料和氧化剂的流速。

U型管24通过储液槽外壳23底部所开设的连接孔与储液槽外壳23相连，连接处用环氧树脂密封，以防外部气体进入储液槽内影响装置的稳定性。

密封环4通过环氧树脂胶与燃料电池上盖板1相连，相连处必须保持密封。储液槽2出口通过密封环4将储液槽2与燃料电池上盖板1上的流道入口相连接，此处连接需要密封环4具有一定的韧性，在固定储液槽2的同时还兼具密封储液槽2入口的作用，以防外部气体进入流道，并且此处必须是可拆式连接，在储液槽2内反应物用尽后可将其拆卸下来补充反应物。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。