一种采用3D打印技术直接甲醇燃料电池外壳的方法与流程

一种采用3d打印技术直接甲醇燃料电池外壳的方法
技术领域
1.本发明涉及直接甲醇燃料电池外壳制备技术领域，具体为一种采用3d打印技术直接甲醇燃料电池外壳的方法。


背景技术：

2.21世纪人类面临着经济和社会可持续发展的双重挑战，因此如何利用有限资源，开发新型环境友好能源是当今世界发展备受瞩目的重要课题。由于化石能源的持续消耗和环境污染的日益严重，世界各国竞相开发新能源和可持续能源，包括太阳能、风能和氢能等。燃料电池(fuel cell,fc)作为一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能不经过燃烧而直接转化为电能的发电装置，因其能量转换效率高，环境友好、使用方便，在能量转化过程中不受卡诺循环限制而引起广泛关注。燃料电池技术作为一种新型的能源利用方式将改变能源的供给结构。通过对绿色能源的充分开发和利用将会彻底改变现有的能源格局，并为我国的经济大幅度增长奠定坚实的能源基础。在这一转变过程中，也将带动其他相关产业的发展，具有重大的经济效益和社会作用。
3.直接甲醇燃料电池是直接利用甲醇水溶液作为燃料的一种质子交换膜燃料电池，具有体积小、重量轻、系统结构简单、燃料来源丰富、价格低廉、储存携带方便、安全性高等优点，因而在手机、笔记本电脑、摄像机等小型民用电源和军事上的单兵携带电源等方面具有极大竞争优势。根据文献报道，直接甲醇燃料电池的标准电位达到1.183v，通过计算可知dmfc理论能量转化效率达92.5％。然而，dmfc电极上存在各种不可逆的极化损失dmfc极化大体可分为三类：活化极化，欧姆极化和浓差极化。这些极化造成了实际放电电位与理论电位之间存在较大偏差，大大降低了dmfc放电性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种采用3d打印技术直接甲醇燃料电池外壳的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采用3d打印技术直接甲醇燃料电池外壳的方法，包括以下步骤：
6.a、预先制作直接甲醇燃料电池外壳模型；
7.b、采用3d扫描仪对模型进行扫描；
8.c、建立直接甲醇燃料电池外壳数据库，采集步骤b得到的模型的规格和数据，建立外壳数据库；
9.d、运用3d max、netfabb、geomagic软件，对3d扫描仪扫描后数据进行处理，并生成直接甲醇燃料电池外壳模型数字文件；
10.e、生成的直接甲醇燃料电池外壳模型数字文件发送至3d打印机控制器中；
11.f、将3d打印材料加入3d打印机中，3d打印机控制器接收信号并进行3d打印；
12.g、3d打印机根据直接甲醇燃料电池外壳数据，并经过3d打印机喷嘴对热塑性材料
进行扫描，使材料由点到线，线到面顺序固化，同时控制3d打印机喷嘴移动，使液态打印材料逐层固化，得到直接甲醇燃料电池外壳。
13.优选的，还包括如下步骤：
14.h、将步骤g得到的直接甲醇燃料电池外壳采用水冷方式进行快速冷却，并烘干；
15.i、之后采用抛光打磨机对直接甲醇燃料电池外壳表面进行打磨抛光，最终得到直接甲醇燃料电池外壳成品。
16.优选的，所述步骤f中3d打印材料组分按重量份数包括abs塑料母粒40-60份、聚异戊二烯3-9份、β谷甾醇2-6份、醋酸甲酯4-10份、二氧化钛粉末2-4份、硅微粉4-12份、溴系阻燃剂2-6份。
17.优选的，所述步骤g中喷头移动速率为30mm-60mm/min。
18.优选的，所述步骤i中直接甲醇燃料电池外壳成品包括外壳主体，所述外壳主体一侧设有甲醇燃料进料孔，所述外壳主体内腔设有四块可插入核心部件的方形插入槽，且所述方形插入槽之间通过甲醇燃料流入孔连通，所述外壳主体上端面还设有dmfc电池核心部件插入孔。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用的3d打印技术快速制备直接甲醇燃料电池的外壳不仅能够减小直接甲醇燃料电池体积，实现甲醇燃料电池的便携化，而且还能满足提高直接甲醇燃料电池的电压所需的电池结构。本发明采用3d打印技术直接快速打印阳极甲醇储料罐和阴极支撑板，电池核心部件将可以直接插入，避免电池在组装过程中需要用到螺丝以及密封圈等材料，极大地减少了甲醇燃料的泄露问题；本发明采用3d打印技术直接快速打印直接甲醇燃料电池外壳，并设计了可以串联4个电池的结构，该结构将极大地提高串联电池的电压，从而提高电池的放电性能，并增大了电池的应用场景。若该项技术能进行推广，将产生巨大的经济效益；与传统模具制造技术相比，本发明使用的3d打印技术，将极大地降低了模具制造成本，并缩短了直接甲醇燃料电池外壳模型的制造时间，从而降低电池生产成本。
附图说明
20.图1为本发明流程图；
21.图2为本发明直接甲醇燃料电池外壳成品结构示意图；
22.图3为本发明直接甲醇燃料电池外壳成品俯视图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：本发明提供如下技术方案：一种采用3d打印技术直接甲醇燃料电池外壳的方法，包括以下步骤：
25.a、预先制作直接甲醇燃料电池外壳模型；
26.b、采用3d扫描仪对模型进行扫描；
27.c、建立直接甲醇燃料电池外壳数据库，采集步骤b得到的模型的规格和数据，建立外壳数据库；
28.d、运用3d max、netfabb、geomagic软件，对3d扫描仪扫描后数据进行处理，并生成直接甲醇燃料电池外壳模型数字文件；
29.e、生成的直接甲醇燃料电池外壳模型数字文件发送至3d打印机控制器中；
30.f、将3d打印材料加入3d打印机中，3d打印机控制器接收信号并进行3d打印；
31.g、3d打印机根据直接甲醇燃料电池外壳数据，并经过3d打印机喷嘴对热塑性材料进行扫描，喷头移动速率为30mm-60mm/min；使材料由点到线，线到面顺序固化，同时控制3d打印机喷嘴移动，使液态打印材料逐层固化，得到直接甲醇燃料电池外壳。
32.还包括如下步骤：
33.h、将步骤g得到的直接甲醇燃料电池外壳采用水冷方式进行快速冷却，并烘干；
34.i、之后采用抛光打磨机对直接甲醇燃料电池外壳表面进行打磨抛光，最终得到直接甲醇燃料电池外壳成品。
35.本发明中，步骤f中3d打印材料组分按重量份数包括abs塑料母粒40-60份、聚异戊二烯3-9份、β谷甾醇2-6份、醋酸甲酯4-10份、二氧化钛粉末2-4份、硅微粉4-12份、溴系阻燃剂2-6份。本发明采用的3d打印材料具有优异的阻燃、耐磨、抗压、耐高温性能，能够延长电池外壳的使用寿命。
36.此外，本发明中，步骤i中直接甲醇燃料电池外壳成品包括外壳主体1，所述外壳主体1一侧设有甲醇燃料进料孔2，所述外壳主体1内腔设有四块可插入核心部件的方形插入槽3，且所述方形插入槽3之间通过甲醇燃料流入孔4连通，所述外壳主体1上端面还设有dmfc电池核心部件插入孔5。
37.本发明采用的3d打印技术快速制备直接甲醇燃料电池的外壳不仅能够减小直接甲醇燃料电池体积，实现甲醇燃料电池的便携化，而且还能满足提高直接甲醇燃料电池的电压所需的电池结构。本发明采用3d打印技术直接快速打印阳极甲醇储料罐和阴极支撑板，电池核心部件将可以直接插入，避免电池在组装过程中需要用到螺丝以及密封圈等材料，极大地减少了甲醇燃料的泄露问题；本发明采用3d打印技术直接快速打印直接甲醇燃料电池外壳，并设计了可以串联4个电池的结构，该结构将极大地提高串联电池的电压，从而提高电池的放电性能，并增大了电池的应用场景。若该项技术能进行推广，将产生巨大的经济效益；与传统模具制造技术相比，本发明使用的3d打印技术，将极大地降低了模具制造成本，并缩短了直接甲醇燃料电池外壳模型的制造时间，从而降低电池生产成本。
38.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。