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基本信息

項(xiàng)目名稱：
便攜式直接甲醇燃料電池
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
直接甲醇燃料電池（DMFC）是一種直接將甲醇的化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)換為電能的節(jié)能環(huán)保的發(fā)電裝置。本作品設(shè)計(jì)了波形膜電極結(jié)構(gòu)、便攜式電池外部結(jié)構(gòu)和溫度控制系統(tǒng)，組成了一個(gè)完整的燃料電池系統(tǒng)。本作品具有體積小巧、可任意串聯(lián)和監(jiān)控電池溫度的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)此燃料電池系統(tǒng)的特色，制作了一個(gè)帶有控制系統(tǒng)的小車模型。車模能快速供給與排放燃料，且具有監(jiān)控電池溫度、應(yīng)急冷卻、強(qiáng)化電池自呼吸能力及避障等功能。
詳細(xì)介紹：
本項(xiàng)目制作的便攜式直接甲醇燃料電池（DMFC）是一種直接將甲醇的化學(xué)能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)換為電能的節(jié)能環(huán)保的發(fā)電裝置。在目前的微型燃料電池中,DMFC以其自身燃料價(jià)格低、啟動(dòng)迅速、比功率高、無腐蝕性等優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)前微型燃料電池的最佳選擇。本作品設(shè)計(jì)了波形膜電極結(jié)構(gòu)、便攜式電池外部結(jié)構(gòu)和溫度監(jiān)控系統(tǒng)，組成了一個(gè)完整的燃料電池系統(tǒng)。DMFC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、燃料易于運(yùn)輸和存儲(chǔ)、系統(tǒng)體積比能量高，是一種很有前景的移動(dòng)電源。本作品進(jìn)一步在DMFC電池外殼上設(shè)計(jì)有燕尾槽式安裝結(jié)構(gòu)，達(dá)到無隙安裝，且方便拆卸組裝；電池膜電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為波形，縮小電池體積，真正實(shí)現(xiàn)便攜功能；溫度傳感器對(duì)電池工作的監(jiān)測(cè)，電池溫度過高時(shí)，自動(dòng)冷卻以保證電池膜電極的安全。其應(yīng)用實(shí)例DMFC車模，通風(fēng)管設(shè)計(jì)，利用小車運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的空氣流動(dòng)，加強(qiáng)DMFC自呼吸能力，提高電池的效率，且具有監(jiān)控電池溫度、應(yīng)急冷卻及單片機(jī)控制自動(dòng)避障運(yùn)行等功能，對(duì)于未來燃料電池車的發(fā)展有很大的意義。

作品圖片

  • 便攜式直接甲醇燃料電池
  • 便攜式直接甲醇燃料電池

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)目的：緩解社會(huì)的能源危機(jī)；提升傳統(tǒng)電源壽命和能源利用率；減小直接甲醇燃料電池體積，實(shí)現(xiàn)甲醇燃料電池的便攜化；滿足社會(huì)對(duì)新型環(huán)保能源的迫切需求等。 基本思路：本作品通過直接加入甲醇，甲醇與氧氣在催化劑的作用下通過電化學(xué)反應(yīng)，為各種場(chǎng)合提供電能。新型的單電池外部結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)，可方便多個(gè)單電池的組裝與大型電池的運(yùn)輸以及減小電池體積，強(qiáng)化自呼吸進(jìn)氣能力；在電池工作中對(duì)電池溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電池溫度過高時(shí)，自動(dòng)冷卻以保證電池膜電極的安全。 創(chuàng)新點(diǎn)：①自呼吸式設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化燃料電池結(jié)構(gòu)；②提高單體電池功率設(shè)計(jì)的燃料電池波形膜結(jié)構(gòu)；③方便組裝與運(yùn)輸?shù)谋銛y式燕尾槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；④內(nèi)置燃料電池溫度監(jiān)測(cè)裝置，燃料電池內(nèi)部過熱應(yīng)急處理裝置等。 技術(shù)關(guān)鍵與性能指標(biāo)：DMFC實(shí)現(xiàn)燃料儲(chǔ)存、添加與電池組一體化；創(chuàng)新性地研制出一種波形質(zhì)子交換膜與組裝式箱體，可方便攜帶及快速進(jìn)行燃料供給與排放；應(yīng)急冷卻系統(tǒng)在電池溫度過高時(shí)對(duì)電池進(jìn)行冷卻降溫，保護(hù)膜電極。作品應(yīng)用實(shí)例甲醇燃料電池車模用三個(gè)單電池構(gòu)成電池組，形成小車的動(dòng)力源；此外，利用小車運(yùn)動(dòng)時(shí)形成的空氣流動(dòng)，強(qiáng)化自呼吸進(jìn)氣能力，提高電池的效率。 單體電池電壓0.5V，室溫功率密度為10mW/cm2，三個(gè)電池串聯(lián)，總電壓1.5V，有效面積120cm2，總功率1.2W。

科學(xué)性、先進(jìn)性

作品先進(jìn)性：本作品相比于傳統(tǒng)電池效率高，無噪聲，體積小，無污染；與其他燃料電池相比，本作品方便攜帶，原材料來源廣泛，適用性廣。該作品是一款節(jié)能環(huán)保，滿足未來需求的理想能源。 技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步：本作品采用波形燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在同等功率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)體積最小化；單電池外殼結(jié)構(gòu)采用燕尾槽式連接，實(shí)現(xiàn)牢固的無縫連接，是一種理想的便攜式設(shè)備用動(dòng)力電源。 內(nèi)置溫度傳感器，對(duì)電池工作溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能更好的保證電池工作穩(wěn)定，在緊急狀態(tài)下對(duì)電池起到冷卻保護(hù)作用。 本作品在汽車的應(yīng)用中，采用前后貫通的通風(fēng)管道設(shè)計(jì)，強(qiáng)化自呼吸進(jìn)氣能力，極大的提高了電池工作性能。同時(shí)具有應(yīng)急冷卻系統(tǒng)和自動(dòng)避障功能。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

在某校第三屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無技術(shù)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品、模型 、圖紙 、現(xiàn)場(chǎng)演示 、圖片

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

使用說明：（見附件） 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 本作品結(jié)構(gòu)獨(dú)特、便攜易組裝、設(shè)計(jì)原理新穎，燃料利用率高，安全性好，能充分體現(xiàn)出可再生能源、綠色能源的環(huán)保主題，對(duì)于注重可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)今世界具有不可估量的應(yīng)用價(jià)值。溫度傳感器對(duì)電池的監(jiān)測(cè)，保證電池的工作穩(wěn)定，以及單片機(jī)對(duì)小車的智能控制，可實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)避障行駛。 適用范圍及推廣前景： 搶險(xiǎn)救災(zāi)等場(chǎng)合的應(yīng)急電源；電子產(chǎn)品的便攜式電源；電動(dòng)汽車的動(dòng)力源等。本作品作為一種無污染高效率的新能源，能緩解社會(huì)的能源危機(jī)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

同類課題研究水平概述

伴隨著直接甲醇燃料電池的不斷進(jìn)展，國(guó)內(nèi)外燃料電池的發(fā)展運(yùn)用也有了許多新的嘗試與創(chuàng)新，各地區(qū)的主要發(fā)展情況如下： （1）德國(guó)：Smart Fuel Cell GmbH開發(fā)的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)，可以內(nèi)置于筆記本電腦中。在筆記本電腦中，插入大約5cm，并可以容納150mL甲醇的見方的盒式電池，便可使筆記本電腦工作8-10 h。 （2）日本：東芝甲醇燃料電池Dynario推向市場(chǎng)，其尺寸為150×21×74.5mm，重量達(dá)280g,并配備了50mL的甲醇燃料瓶，讓用戶輕松攜帶。2009年10月26日，日本東京公司宣布從10月29日開始銷售直接甲醇燃料電池，該款產(chǎn)品將作為充電裝置首先應(yīng)用于手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)等USB接口便攜式設(shè)備。 （3）美國(guó)：2008年4月，美國(guó)交通部公布了一項(xiàng)最終規(guī)定，允許在客機(jī)上攜帶甲醇燃料電池和甲醇燃料。美國(guó)硅谷一家發(fā)展迅速的新興公司 0oria Protonics 計(jì)劃將其生產(chǎn)的基于甲醇燃料的燃料電池應(yīng)用于純電動(dòng)汽車及插電式混合動(dòng)力汽車。該公司正研制一種應(yīng)用在純電動(dòng)汽車或插電式混合動(dòng)力汽車上的電池，可增加車輛的續(xù)駛里程。 （4）中國(guó)：2008年奧運(yùn)會(huì)期間，上海大眾推出了DMFC燃料電池車，充一次燃料可運(yùn)行300Km。南京雙登科技發(fā)展研究院研制出的甲醇燃料電池電動(dòng)自行車，整車以DMFC為核心，行駛速度可達(dá)20Km/h，一次注入4L甲醇燃料能夠騎行30Km。 據(jù)調(diào)查，全球靜止式燃料電池市場(chǎng)將從2008年20億美元增大到2013年100億美元，便攜式燃料電池2013年市場(chǎng)將達(dá)250億美元，汽車燃料電池市場(chǎng)將從2008年6億美元增大到2013年100億美元。到2020年，燃料電池汽車將占世界汽車市場(chǎng)的25%。由此可見，燃料電池作為繼水力、火力、核能之后新一代能源技術(shù)，其廣闊的應(yīng)用前景不容忽視。 與此同時(shí)，世界各國(guó)在直接甲醇燃料電池自呼吸進(jìn)氣能力方面沒有研究，而本作品彌補(bǔ)了這一缺陷，此外我們?cè)O(shè)計(jì)的智能直接甲醇燃料電池車模，其通氣道設(shè)計(jì)強(qiáng)化了電池自呼吸進(jìn)氣能力；上述各國(guó)研究屬于平板形DMFC，需要燃料罐，不便攜，本作品，波形膜電極結(jié)構(gòu)，燃料電池本身可存儲(chǔ)燃料，實(shí)現(xiàn)真正便攜。目前，本作品已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01110095679.3），本作品應(yīng)用實(shí)利也已申請(qǐng)國(guó)家專利（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01110095689.7）。
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