[实用新型]氢燃料电池简易实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池技术，尤其是涉及氢燃料电池简易实验装置。

技术背景

对于氢燃料电池技术，人们对这项技术的第一反应就是高端而且非常复杂的技术，想了解这项技术，苦于这种燃料电池的实验设备及其复杂且非常昂贵，人们往往对这项技术敬而远之，尤其在中学的化学实验教学中，也涉及到氢燃料电池和电解水的教学实验，这种实验需要用到的设备和材料比较昂贵，大部分的教学实验只做一些简单的电解水试验，而燃料电池试验就只能通过原理图来介绍，由于没有亲身体验这类试验，学生往往对燃料电池的作用很模糊，对于以后从事新能源项目的研究带来很多困难。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种通过进行氢/氧质子交换膜燃料电池关键部件、膜电极组件的制备、单电池组装及实际运行演示一体化的燃料电池发电装置。

为解决上述技术问题，本实用新型包括有化学制氢器、燃料电池、以及电器，其特征是：所述燃料电池具有进气接头、出气口、以及阳电极和阴电极，燃料电池的进气接头与化学制氢器的出气接头之间通过气管相连，燃料电池的阳电极和阴电极则分别通过阳极导线和阴极导线与电器相连。

所述化学制氢器外接整流器，整流器连接到交流电，水电解制氢气，以及所述燃料电池由氧气端板、密封垫、集流板、碳纸、质子膜、催化剂、氢气端板等组成。

本实用新型是新能源技术的一个实验范例，涉及电化学、催化化学的基本原理及碳材料、聚合物离子导电材料、无机纳米材料的应用。同时，还包括了制氢技术和器件集成技术，高度综合了物理、化学和工程技术知识。作为一个高度综合的实验，本实验设计合理，便于实施，通过技术与趣味相结合的实验，激发学生对于科学研究的兴趣，使用户全面了解燃料电池的基本原理和制作过程及使用方法。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

在图中：1化学制氢器、7燃料电池、11电器、4进气接头、2出气口、5阳极、6阴极、3气管、9阳极导线、10阴极导线、11电器。

具体实施方式

图1所示，该装置有化学制氢器1、燃料电池7、以及电器11，所述燃料电池7具有进气接头4、出气口2、以及阳极5和阴极6，燃料电池7的进气接头4与化学制氢器1的出气接头2之间通过气管3相连，燃料电池7的阳极5和阴极6则分别通过阳极导线9和阴极导线10与电器11相连，化学制氢器1外接整流器，整流器连接到交流电，水电解制氢气，燃料电池7由氧气端板、密封垫、集流板、碳纸、质子膜、催化剂、氢气端板等组成。

制备氢氧质子交换膜燃料电池的膜电极组件，膜电极组件是燃料电池7的核心部分，一般由三部分组成：阳极5，阴极6和质子交换膜。其中阳极5和阴极6主要由纳米铂颗粒负载在高比表面碳粉(即Pt/C催化剂)上构成，分别是氢气发生氧化和氧气(纯氧或者来源于空气中的氧)发生还原的反应场所。质子交换膜是固体电解质，起阴阳极5隔离和质子传导的作用，在燃料电池7工作过程中将氢气氧化产生的质子传递到阴极6参加氧还原反应。本实验采用直接涂刷法制备膜电极，即将已经配好的催化剂浆料均匀涂抹在已处理好的质子交换膜两侧，构成三合一膜电极组件结构。

制作燃料电池7：对于一个完整的燃料电池7来讲，除了膜电极之外还有其他主要部件，如气体扩散层/碳纸，集流板，密封垫和端板。气体扩散层的作用是使阳极5的氢气和阴极6的氧气均匀分散到阳极5和阴极6，从而得到均匀分布的电流，排出反应生成的水。气体扩散层一般由合适比例的聚四氟乙烯制备在导电的碳纸或碳布上，形成憎水层，亦可在上面再施加整平层。本实验采用已做好气体扩散层的碳纸，省略了整平层。集流板起收集电流的作用，与外电路连接。本实验使用不锈钢片作为集流板，连接负载构成回路。因为在本实验中的反应物均为气体，所以在电池安装中需要加密封垫以防气体泄漏。端板起固定电池的作用，同时也为气体的导入和产物排放提供通道(流场)。

安装一体化燃料电池7发电系统，即制氢、电池和负载三合一的系统。在此一体化发电系统中采用先进的水活化制氢技术(另有说明)，现场制氢供给燃料电池7发电，其中的燃料电池7即为上步制作的燃料电池7单堆，带动小型电风扇负载转动。这种水活化制氢技术安全，简便。只需将一定量复合材料倒入水中，马上产生氢气，供给本实验所制备的燃料电池7单堆发电驱动风扇转动或LED灯发光。