[发明专利]陶瓷氢泵及氢氧燃料电池的氢气提纯装置

说明书

本发明公开陶瓷氢泵及氢氧燃料电池的氢气提纯装置，陶瓷氢泵包括泵体模组，泵体模组包括沿第一方向依次设置的正极组件、电解质隔膜及负极组件，通过正极组件将混合气体中的氢气解离生成氢离子，电解质隔膜使得氢离子透过并到达负极组件，负极组件将氢离子还原生成氢气，由于本实施例中，正极组件、电解质隔膜及负极组件一体成型设置，解决了现有技术中正极组件、电解质隔膜及负极组件由于不同的热膨胀行为导致封接失效，影响大功率氢泵模块的使用寿命和可靠性的问题。

技术领域

本发明涉及氢氧燃料电池技术领域，特别涉及一种陶瓷氢泵及氢氧燃料电池的氢气提纯装置。

背景技术

氢氧燃料电池膜电极包括催化层、扩散层及质子交换膜等，在反应过程中，若氢气中的杂质比如硫化物等，会使铂碳催化剂中毒，进而导致催化剂活性降低，燃料电池功率下降，寿命缩短等等。提纯氢气的方式有多种，现有技术中，可以采用陶瓷氢泵进行氢气的提纯，陶瓷氢泵一般由电解质、负极和正极构成，其中，电解质可以传导质子。在电力的驱动下，氢气在正极解离为质子，并通过电解质隔膜传输到负极，质子在负极与外电路电子结合而生成氢气。为了满足实际应用的高通量需求，往往将氢泵单体、负极集流体、正极集流体和连接体等通过负极密封件、正极密封件在800-1000℃串联封装，形成大功率氢泵模块，结构较为复杂。另外，氢泵单体、密封件和连接体之间不同的热膨胀行为增加了封接失效的风险，影响大功率氢泵模块的使用寿命和可靠性。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种陶瓷氢泵，旨在解决现有技术中，采用大功率氢泵模块进行氢气提纯存在的结构复杂且封接易于失效等问题，并进一步提高氢泵模块的使用寿命和可靠性。

为实现上述目的，本发明提出的陶瓷氢泵，包括：

包括泵体模组，所述泵体模组包括沿第一方向依次设置的正极组件、电解质隔膜及负极组件，所述正极组件用以将混合气体中的氢气解离生成氢离子，所述电解质隔膜用以供所述氢离子透过，所述负极组件用以将氢离子还原生成氢气，其中，所述正极组件、所述电解质隔膜及所述负极组件一体成型设置。

可选地，所述正极组件包括依次设置的正极连接体、正极集流体及正极电极，所述正极电极邻近所述电解质隔膜设置；

所述负极组件包括依次设置的负极连接体、负极集流体及负极电极，所述负极电极邻近所述电解质隔膜设置；

其中，所述正极连接体、所述正极集流体、所述正极电极、所述电解质薄膜、所述负极电极、所述负极集流体及所述负极连接体烧结为一体。

可选地，所述正极电极和/或所述负极电极的制成材质包括金属、合金、电子导电氧化物和氧离子/质子-电子混合导电氧化物；和/或，

所述正极电极和/或所述负极电极的厚度为H2，其中，0.1mm≤H2≤1mm，且所述正极电极和/或所述负极电极的孔隙率为0.1％-70％；和/或，

所述正极连接体和/或所述负极连接体的制成材质包括高温合金、导电氧化物或导电复合陶瓷，且所述正极连接体和/或所述负极连接体的制成材质的热膨胀系数为T₁，所述电解质隔膜的热膨胀系数T₂，其中，-30％≤(T₁-T₂)/T₂≤30％；和/或，

所述正极连接体和/或所述负极连接体的厚度为H3，其中，0.2mm≤H3≤3mm；和/或，

所述正极集流体和/或所述负极集流体的制成材质包括金属、合金、导电氧化物或导电复合陶瓷。