基本信息
- 项目名称：
- 便携式直接甲醇燃料电池
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种直接将甲醇的化学能连续不断地转换为电能的节能环保的发电装置。本作品设计了波形膜电极结构、便携式电池外部结构和温度控制系统，组成了一个完整的燃料电池系统。本作品具有体积小巧、可任意串联和监控电池温度的优点。针对此燃料电池系统的特色，制作了一个带有控制系统的小车模型。车模能快速供给与排放燃料，且具有监控电池温度、应急冷却、强化电池自呼吸能力及避障等功能。
- 详细介绍：
- 本项目制作的便携式直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种直接将甲醇的化学能连续不断地转换为电能的节能环保的发电装置。在目前的微型燃料电池中,DMFC以其自身燃料价格低、启动迅速、比功率高、无腐蚀性等优点,成为当前微型燃料电池的最佳选择。本作品设计了波形膜电极结构、便携式电池外部结构和温度监控系统，组成了一个完整的燃料电池系统。DMFC结构简单、燃料易于运输和存储、系统体积比能量高，是一种很有前景的移动电源。本作品进一步在DMFC电池外壳上设计有燕尾槽式安装结构，达到无隙安装，且方便拆卸组装；电池膜电极结构设计为波形，缩小电池体积，真正实现便携功能；温度传感器对电池工作的监测，电池温度过高时，自动冷却以保证电池膜电极的安全。其应用实例DMFC车模，通风管设计，利用小车运动时形成的空气流动，加强DMFC自呼吸能力，提高电池的效率，且具有监控电池温度、应急冷却及单片机控制自动避障运行等功能，对于未来燃料电池车的发展有很大的意义。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：缓解社会的能源危机；提升传统电源寿命和能源利用率；减小直接甲醇燃料电池体积，实现甲醇燃料电池的便携化；满足社会对新型环保能源的迫切需求等。 基本思路：本作品通过直接加入甲醇，甲醇与氧气在催化剂的作用下通过电化学反应，为各种场合提供电能。新型的单电池外部结构和膜结构，可方便多个单电池的组装与大型电池的运输以及减小电池体积，强化自呼吸进气能力；在电池工作中对电池温度进行监测，电池温度过高时，自动冷却以保证电池膜电极的安全。 创新点：①自呼吸式设计，简化燃料电池结构；②提高单体电池功率设计的燃料电池波形膜结构；③方便组装与运输的便携式燕尾槽结构设计；④内置燃料电池温度监测装置，燃料电池内部过热应急处理装置等。 技术关键与性能指标：DMFC实现燃料储存、添加与电池组一体化；创新性地研制出一种波形质子交换膜与组装式箱体，可方便携带及快速进行燃料供给与排放；应急冷却系统在电池温度过高时对电池进行冷却降温，保护膜电极。作品应用实例甲醇燃料电池车模用三个单电池构成电池组，形成小车的动力源；此外，利用小车运动时形成的空气流动，强化自呼吸进气能力，提高电池的效率。 单体电池电压0.5V，室温功率密度为10mW/cm2，三个电池串联，总电压1.5V，有效面积120cm2，总功率1.2W。
科学性、先进性
- 作品先进性：本作品相比于传统电池效率高，无噪声，体积小，无污染；与其他燃料电池相比，本作品方便携带，原材料来源广泛，适用性广。该作品是一款节能环保，满足未来需求的理想能源。 技术特点和显著进步：本作品采用波形燃料电池膜电极结构设计，在同等功率的基础上实现体积最小化；单电池外壳结构采用燕尾槽式连接，实现牢固的无缝连接，是一种理想的便携式设备用动力电源。 内置温度传感器，对电池工作温度的实时监测，能更好的保证电池工作稳定，在紧急状态下对电池起到冷却保护作用。 本作品在汽车的应用中，采用前后贯通的通风管道设计，强化自呼吸进气能力，极大的提高了电池工作性能。同时具有应急冷却系统和自动避障功能。
获奖情况及鉴定结果
- 在某校第三届大学生课外学术作品竞赛特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无技术转让
作品可展示的形式
- 实物、产品、模型 、图纸 、现场演示 、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：（见附件） 技术特点和优势： 本作品结构独特、便携易组装、设计原理新颖，燃料利用率高，安全性好，能充分体现出可再生能源、绿色能源的环保主题，对于注重可持续发展的当今世界具有不可估量的应用价值。温度传感器对电池的监测，保证电池的工作稳定，以及单片机对小车的智能控制，可实现小车自动避障行驶。 适用范围及推广前景： 抢险救灾等场合的应急电源；电子产品的便携式电源；电动汽车的动力源等。本作品作为一种无污染高效率的新能源，能缓解社会的能源危机，具有广阔的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 伴随着直接甲醇燃料电池的不断进展，国内外燃料电池的发展运用也有了许多新的尝试与创新，各地区的主要发展情况如下： （1）德国：Smart Fuel Cell GmbH开发的直接甲醇燃料电池系统，可以内置于笔记本电脑中。在笔记本电脑中，插入大约5cm，并可以容纳150mL甲醇的见方的盒式电池，便可使笔记本电脑工作8-10 h。 （2）日本：东芝甲醇燃料电池Dynario推向市场，其尺寸为150×21×74.5mm，重量达280g,并配备了50mL的甲醇燃料瓶，让用户轻松携带。2009年10月26日，日本东京公司宣布从10月29日开始销售直接甲醇燃料电池，该款产品将作为充电装置首先应用于手机，数码相机等USB接口便携式设备。 （3）美国：2008年4月，美国交通部公布了一项最终规定，允许在客机上携带甲醇燃料电池和甲醇燃料。美国硅谷一家发展迅速的新兴公司 0oria Protonics 计划将其生产的基于甲醇燃料的燃料电池应用于纯电动汽车及插电式混合动力汽车。该公司正研制一种应用在纯电动汽车或插电式混合动力汽车上的电池，可增加车辆的续驶里程。 （4）中国：2008年奥运会期间，上海大众推出了DMFC燃料电池车，充一次燃料可运行300Km。南京双登科技发展研究院研制出的甲醇燃料电池电动自行车，整车以DMFC为核心，行驶速度可达20Km/h，一次注入4L甲醇燃料能够骑行30Km。 据调查，全球静止式燃料电池市场将从2008年20亿美元增大到2013年100亿美元，便携式燃料电池2013年市场将达250亿美元，汽车燃料电池市场将从2008年6亿美元增大到2013年100亿美元。到2020年，燃料电池汽车将占世界汽车市场的25%。由此可见，燃料电池作为继水力、火力、核能之后新一代能源技术，其广阔的应用前景不容忽视。 与此同时，世界各国在直接甲醇燃料电池自呼吸进气能力方面没有研究，而本作品弥补了这一缺陷，此外我们设计的智能直接甲醇燃料电池车模，其通气道设计强化了电池自呼吸进气能力；上述各国研究属于平板形DMFC，需要燃料罐，不便携，本作品，波形膜电极结构，燃料电池本身可存储燃料，实现真正便携。目前，本作品已申请国家发明专利（专利申请号：201110095679.3），本作品应用实利也已申请国家专利（专利申请号：201110095689.7）。
