[实用新型]一种膜电极及燃料电池

说明书

本实用新型提出了一种膜电极及燃料电池，膜电极包括依次层叠设置的阴极气体扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层和阳极气体扩散层，所述阴极气体扩散层的厚度与阳极气体扩散层的厚度的比值为1.0～6.0，所述阴极气体扩散层包括至少一个微孔层，所述微孔层的孔隙率沿远离所述阴极催化层的方向逐渐增大。本实用新型的膜电极在不同湿度情况下兼具保水和排水的能力。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种膜电极及燃料电池。

背景技术

在质子交换膜燃料电池中，质子的传输需要水，水不足将导致膜干，引起电池内阻增大，电池性能下降。同时，电池反应阴极生成水，若不能及时排出电池，将引起水淹，气体无法顺利到达催化层，电池无法发电。因此，为满足燃料电池实际使用，需要膜电极兼具保水和排水的能力。然而，现有技术通常是通过调节阳极或者阴极气体扩散层中PTFE(聚四氟乙烯)的含量控制膜电极中的水分，由此生产的膜电极只能在固定湿度范围内正常工作，无法使燃料电池在不同湿度下都能兼具保水和排水的能力，从而正常工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有的膜电极无法在不同湿度下兼具保水和排水的能力的问题，提供一种膜电极。

本实用新型提供了一种膜电极，包括依次层叠设置的阴极气体扩散层、阴极催化层、质子交换膜、阳极催化层和阳极气体扩散层，所述阴极气体扩散层的厚度与阳极气体扩散层的厚度的比值为1.0～6.0，所述阴极气体扩散层包括至少一个微孔层，所述微孔层的孔隙率沿远离所述阴极催化层的方向逐渐增大。可选地，所述阴极气体扩散层的厚度与阳极气体扩散层的厚度的比值为1.3～5.0。

可选地，所述阴极气体扩散层的厚度范围为200μm～750μm，所述阳极气体扩散层的厚度范围为100μm～550μm。

可选地，所述阴极气体扩散层的厚度范围为240μm～710μm，所述阳极气体扩散层的厚度范围为140μm～510μm。

可选地，所述微孔层为多个，所述阴极气体扩散层还包括多个基底层，所述基底层和所述微孔层依次层叠交替设置，所述阴极催化层的一侧设置所述微孔层。

可选地，所述微孔层为多个，所述阴极气体扩散层还包括多个基底层，每两个相邻的所述微孔层之间设置有两个所述基底层，所述阴极催化层的一侧设置所述微孔层。

另一方面，本实用新型还提供一种燃料电池，包括上述任一项所述的膜电极。

在本实用新型中，所述阴极气体扩散层的厚度与阳极气体扩散层的厚度的比值为1.0～6.0时，微孔层的孔隙率沿远离阴极催化层的方向逐渐增大，可使更多的液态水以反渗透的方式穿过质子交换膜进入阳极催化层，确保质子交换膜始终保持湿润状态，有利于质子的传递，避免产生膜干现象。同时确保了穿过质子交换膜进入阳极催化层的液体水可以及时排出电池，防止了水淹的出现，使得燃料电池内部的膜电极在不同湿度下兼具保水和排水的能力，并且维持在合适的工作条件。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的一种膜电极的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的一种膜电极的阴极气体扩散层的剖面示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的一种膜电极的阴极气体扩散层的剖面示意图；

图4是实施例1在不同条件下的I-V测试曲线；

图5是对比例1在不同条件下的I-V测试曲线。

说明书附图中的附图标记如下：

1、阴极气体扩散层；11、微孔层；12、基底层；2、阴极催化层；3、质子交换膜；4、阳极催化层；5、阳极气体扩散层。

具体实施方式