基本信息
- 項目名稱：
- 便攜式直接甲醇燃料電池
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 直接甲醇燃料電池（DMFC）是一種直接將甲醇的化學能連續(xù)不斷地轉換為電能的節(jié)能環(huán)保的發(fā)電裝置。本作品設計了波形膜電極結構、便攜式電池外部結構和溫度控制系統(tǒng)，組成了一個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。針對此燃料電池系統(tǒng)的特色，制作了一個帶有控制系統(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、應急冷卻、強化電池自呼吸能力及避障等功能。
- 詳細介紹：
- 本項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能連續(xù)不斷地轉換為電能的節(jié)能環(huán)保的發(fā)電裝置。在目前的微型燃料電池中,DMFC以其自身燃料價格低、啟動迅速、比功率高、無腐蝕性等優(yōu)點,成為當前微型燃料電池的最佳選擇。本作品設計了波形膜電極結構、便攜式電池外部結構和溫度監(jiān)控系統(tǒng)，組成了一個完整的燃料電池系統(tǒng)。DMFC結構簡單、燃料易于運輸和存儲、系統(tǒng)體積比能量高，是一種很有前景的移動電源。本作品進一步在DMFC電池外殼上設計有燕尾槽式安裝結構，達到無隙安裝，且方便拆卸組裝；電池膜電極結構設計為波形，縮小電池體積，真正實現(xiàn)便攜功能；溫度傳感器對電池工作的監(jiān)測，電池溫度過高時，自動冷卻以保證電池膜電極的安全。其應用實例DMFC車模，通風管設計，利用小車運動時形成的空氣流動，加強DMFC自呼吸能力，提高電池的效率，且具有監(jiān)控電池溫度、應急冷卻及單片機控制自動避障運行等功能，對于未來燃料電池車的發(fā)展有很大的意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的：緩解社會的能源危機；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，實現(xiàn)甲醇燃料電池的便攜化；滿足社會對新型環(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反應，為各種場合提供電能。新型的單電池外部結構和膜結構，可方便多個單電池的組裝與大型電池的運輸以及減小電池體積，強化自呼吸進氣能力；在電池工作中對電池溫度進行監(jiān)測，電池溫度過高時，自動冷卻以保證電池膜電極的安全。 創(chuàng)新點：①自呼吸式設計，簡化燃料電池結構；②提高單體電池功率設計的燃料電池波形膜結構；③方便組裝與運輸?shù)谋銛y式燕尾槽結構設計；④內置燃料電池溫度監(jiān)測裝置，燃料電池內部過熱應急處理裝置等。 技術關鍵與性能指標：DMFC實現(xiàn)燃料儲存、添加與電池組一體化；創(chuàng)新性地研制出一種波形質子交換膜與組裝式箱體，可方便攜帶及快速進行燃料供給與排放；應急冷卻系統(tǒng)在電池溫度過高時對電池進行冷卻降溫，保護膜電極。作品應用實例甲醇燃料電池車模用三個單電池構成電池組，形成小車的動力源；此外，利用小車運動時形成的空氣流動，強化自呼吸進氣能力，提高電池的效率。 單體電池電壓0.5V，室溫功率密度為10mW/cm2，三個電池串聯(lián)，總電壓1.5V，有效面積120cm2，總功率1.2W。
科學性、先進性
- 作品先進性：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。 技術特點和顯著進步：本作品采用波形燃料電池膜電極結構設計，在同等功率的基礎上實現(xiàn)體積最小化；單電池外殼結構采用燕尾槽式連接，實現(xiàn)牢固的無縫連接，是一種理想的便攜式設備用動力電源。 內置溫度傳感器，對電池工作溫度的實時監(jiān)測，能更好的保證電池工作穩(wěn)定，在緊急狀態(tài)下對電池起到冷卻保護作用。 本作品在汽車的應用中，采用前后貫通的通風管道設計，強化自呼吸進氣能力，極大的提高了電池工作性能。同時具有應急冷卻系統(tǒng)和自動避障功能。
獲獎情況及鑒定結果
- 在某校第三屆大學生課外學術作品競賽特等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無技術轉讓
作品可展示的形式
- 實物、產品、模型 、圖紙 、現(xiàn)場演示 、圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明：（見附件） 技術特點和優(yōu)勢： 本作品結構獨特、便攜易組裝、設計原理新穎，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，對于注重可持續(xù)發(fā)展的當今世界具有不可估量的應用價值。溫度傳感器對電池的監(jiān)測，保證電池的工作穩(wěn)定，以及單片機對小車的智能控制，可實現(xiàn)小車自動避障行駛。 適用范圍及推廣前景： 搶險救災等場合的應急電源；電子產品的便攜式電源；電動汽車的動力源等。本作品作為一種無污染高效率的新能源，能緩解社會的能源危機，具有廣闊的應用前景。
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展，國內外燃料電池的發(fā)展運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：Smart Fuel Cell GmbH開發(fā)的直接甲醇燃料電池系統(tǒng)，可以內置于筆記本電腦中。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，其尺寸為150×21×74.5mm，重量達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，該款產品將作為充電裝置首先應用于手機，數(shù)碼相機等USB接口便攜式設備。 （3）美國：2008年4月，美國交通部公布了一項最終規(guī)定，允許在客機上攜帶甲醇燃料電池和甲醇燃料。美國硅谷一家發(fā)展迅速的新興公司 0oria Protonics 計劃將其生產的基于甲醇燃料的燃料電池應用于純電動汽車及插電式混合動力汽車。該公司正研制一種應用在純電動汽車或插電式混合動力汽車上的電池，可增加車輛的續(xù)駛里程。 （4）中國：2008年奧運會期間，上海大眾推出了DMFC燃料電池車，充一次燃料可運行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自行車，整車以DMFC為核心，行駛速度可達20Km/h，一次注入4L甲醇燃料能夠騎行30Km。 據(jù)調查，全球靜止式燃料電池市場將從2008年20億美元增大到2013年100億美元，便攜式燃料電池2013年市場將達250億美元，汽車燃料電池市場將從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，其廣闊的應用前景不容忽視。 與此同時，世界各國在直接甲醇燃料電池自呼吸進氣能力方面沒有研究，而本作品彌補了這一缺陷，此外我們設計的智能直接甲醇燃料電池車模，其通氣道設計強化了電池自呼吸進氣能力；上述各國研究屬于平板形DMFC，需要燃料罐，不便攜，本作品，波形膜電極結構，燃料電池本身可存儲燃料，實現(xiàn)真正便攜。目前，本作品已申請國家發(fā)明專利（專利申請?zhí)枺?01110095679.3），本作品應用實利也已申請國家專利（專利申請?zhí)枺?01110095689.7）。
