[发明专利]一种高温燃料电池单电池及电堆

说明书

本发明提供了一种高温燃料电池单电池及电堆，所述高温燃料电池单电池包括依次层叠的阴极、阳极和质子交换膜；所述阴极包括具有多孔结构的阴极气体传输层。本发明提供的高温燃料电池单电池，采用阴极气体传输层替代了现有单电池中的阴极气体流道结构和气体扩散层，简化阴极结构，能够有效减少单电池的厚度，从而提升电堆的功率密度；并且在阴极气体传输层浸涂有催化剂涂层，消除或减小阴极气体传输层与阴极催化层之间的界面电阻，有利于阴极气体快速均匀地扩散至阴极催化层表面。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，尤其涉及一种高温燃料电池单电池及电堆。

背景技术

高温燃料电池是在较高温度(100～200℃)条件下工作的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，与传统PEMFC(工作温度≤80℃)相比具有明显优势：(1)电化学反应速率提高，有效降低了阴极电化学极化过电位，允许降低催化剂担载量，允许使用非铂催化剂；(2)对反应气体的增湿要求降低；(3)电池内水以气相存在简化了水热管理；此外，高温燃料电池在一定程度上简化了热管理系统。因此，高温燃料电池应用前景很可观。

目前，对于高温燃料电池来说，提高功率密度是高温燃料电池发展中的关键挑战之一，然而对于现阶段的燃料电池单电池结构来说，想要达到更高的功率密度是十分困难的。因此，需要开发新的单电池结构，降低单电池的厚度，从而提高高温燃料电池电堆的功率密度；同时，消除或减小气体扩散层与催化剂层间的界面电阻。

CN106887623A公开了一种高温燃料电池用膜电极及其制备和应用，所述高温燃料电池用膜电极包括依次层叠的阴极扩散层、阴极催化层、高温电解质膜、阳极催化层和阳极扩散层；在阴极扩散层与阴极催化层之间和/或在阳极扩散层和阳极催化层之间、设置有聚合物高分子层；所述高温电解质膜为酸掺杂膜；所述聚合物高分子层具有纳米纤维网络结构层。虽然通过引入耐高温聚合物纳米纤维网络层提高了膜电极中催化极的分散度和利用率，但是并未介绍对膜电极功率密度的提高部分。

CN212303709U公开了一种新型高温燃料电池单电池结构，所述新型高温燃料电池单电池结构包括催化剂层、气体扩散层，所述催化剂层与气体扩散层之间设有微孔层，所述微孔层中设有亲水聚合物，所述微孔层中的亲水聚合物的含量自微孔层靠近气体扩散层的一端到微孔层靠近催化剂层的一端逐步降低。该高温燃料电池单电池结构仅有效改善了气体扩散不均匀、催化剂层中水的堆积以及排热不及时的问题。

CN104170148A公开了燃料电池单电池、燃料电池堆以及燃料电池堆的制造方法，所述燃料电池单电池包括膜电极接合体，其具有包括成对的电极层和保持在成对的电极层之间的电解质膜的结构；成对的隔离体，每个隔离体在隔离体和膜电极接合体之间形成气体通道；和位移吸收体，其具有导电性且介于燃料电池单电池的一个隔离体和相邻层叠于该燃料电池单电池的另一个燃料电池单电池的相邻侧的隔离体之间。位移吸收体连接于隔离体中的至少一方。该燃料电池单电池堆叠形成的电堆仅解决了相邻的燃料电池单电池之间的电接触阻抗较高的问题。

因此，开发新的单电池结构，减小电池的厚度，同时也能够达到消除或减小气体扩散层与催化剂层间的界面电阻，对于进一步提高高温燃料电池的电堆功率密度至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高温燃料电池单电池及电堆，利用阴极气体传输层替代了现有单电池中的阴极气体流道结构和气体扩散层，简化阴极结构，能够大幅度减少单电池的厚度，从而提升电堆的功率密度；并且在阴极气体传输层浸涂有催化剂涂层，消除或减小阴极气体传输层与阴极催化层之间的界面电阻，进一步提高电堆的功率密度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种高温燃料电池单电池，所述高温燃料电池单电池包括依次层叠的阴极、阳极和质子交换膜。

所述阴极包括具有多孔结构的阴极气体传输层。