[发明专利]以膜电极作集电极的燃料电池

说明书

本发明公开了一种以膜电极作集电极的燃料电池，包括有限叠加的多个重复单元；重复单元依次由阳极板、H2扩散层、阳极催化层、伏埋在阳极催化层中的柔丝电极、质子膜、伏埋在阴极催化层中的柔丝电极、阴极催化层、O2扩散层、阴极板组成；燃料电池电子传输在电池本体外部，其传输路线由伏埋在阳极催化层中的柔丝电极直接输出到外电路，在外电路做功后经伏埋在阴极催化层中的柔丝电极返回。本发明在缩短电子的运行路线，降低燃料电池的内阻同时，大大增加了组件材料的可选范围，降低了整体电池的成本。

技术领域

本发明涉及新能源燃料电池结构领域，具体涉及一种具有低成本和低内阻的燃料电池结构。

背景技术

随着环保和节能减排要求的不断提高，机动车驱动力由传统能源向新能源转变是未来很长一段时间的发展方向，国家制造2025中十大发展方向之一就包括新能源发展战略。新能源包括清洁替代燃料、二次储能电池和燃料电池汽车。二次储能电池由于其理论能量密度的限制、安全问题、充电效率和寿命难以大幅度提高的问题以及回收利用的难度都会影响其在车用动力系统方面的大规模应用。燃料电池作为燃料补充型发电系统，不受体积和质量能量密度的限制，能量利用率能够达到50％以上能源清洁度整体高于二次储能电池，氢气来源广泛，加氢速度类似于汽油加注，一次加注续驶里程400-700公里，运行寿命长，整体性能非常适宜作为车载动力源使用。目前商业化推广应用最大的障碍是成本问题。含铂催化剂的价格只能随着铂矿藏的逐渐减少而日益高涨，基于碳纤维抄纸结构的气体扩散层由于我国在碳纤维材料方面的基础薄弱，只能依靠进口。金属双极板的基材薄板容易产生翘曲导致电子通过效率降低，增大内阻。目前燃料电池各部件的选材是基于传统的燃料电池结构---电子运输依靠内部的部件通道，即所有部件需要是电子的良导体。因此各部件材质选择要么是电子良导体的金属，要么是接近半导体的碳基材料，材料可选范围小，价格居高不下。

发明内容

为了解决传统燃料电池结构的上述缺点带来的高成本，本发明从改变电子转移线路出发，提供一种以膜电极作集电极的燃料电池，在缩短电子的运行路线，降低燃料电池的内阻同时，大大增加了组件材料的可选范围，降低了整体电池的成本。

本发明的技术方案为：

一种以膜电极作集电极的燃料电池，包括有限叠加的多个重复单元；重复单元依次由阳极板、H2扩散层、阳极催化层、伏埋在阳极催化层中的柔丝电极、质子膜、伏埋在阴极催化层中的柔丝电极、阴极催化层、O2扩散层、阴极板组成；所述燃料电池电子传输在电池本体外部，其传输路线由伏埋在阳极催化层中的柔丝电极直接输出到外电路，在外电路做功后经伏埋在阴极催化层中的柔丝电极返回。

本发明以膜电极作集电极的燃料电池不需要构建电子的内部传输通道，因此除增加在催化层中伏埋网状柔丝电极外，气体扩散层和双极板部件均不再需要导电性能。因此气体扩散层可以摈弃进口碳基材料，选用透气性好的丝棉、无纺布、高分子多孔材料等。双极板可以摈弃脆性较大的石墨板和薄板刚度差、不耐腐蚀的金属板囹圄，广泛选择好加工、刚性大、质量轻、成本低的合成材料和天然材料。

本发明以膜电极作集电极的燃料电池由于采用柔丝电极引线作为电子传输通道，在电池的空间排列上面更加灵活，可以根据车载的整车布置余量空间进行电池堆的松散摆放，通过引线的串并联实现所需要的电压、电流性能。

本发明构建以膜电极作集电极的燃料电池，电子运行路线改变，导致了组件材料的功能发生改变，降低燃料电池的内阻同时，材质选择可以延伸至常用低价格材料，因此同时完成了降成本。

附图说明

图1为燃料电池传统结构示意图；

图2为本发明以膜电极作集电极的燃料电池结构示意图；

图3为柔丝电极i在膜电极组件中的布局示意图；