[发明专利]含半透膜的燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及含半透膜的燃料电池，特别是避免电解液渗透的燃料电池。

背景技术

电化学燃料电池是一种能够将氢燃料及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(MembraneElectrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。

在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。负极会产生氢气。为防止过多的氢气导致内压过高，电池设计时负极比正极多留了一部分处于可充电态的容量。当电池组共用一个安全阀时，即使某一电池的可充电态容量较低，其中的氢气也会通过透气膜分散而防止电解液渗透，不会导致电池老化。

发明内容

为了解决上述弊端，一种含半透膜的燃料电池，包括膜电极，导流极板、集流母板、前端板、后端板、连接杆，所述的膜电包极为质子交换膜两侧附着催化剂及半透膜构成，该膜电极设有导流孔道，所述的导流极板设有导流槽及导流孔道，将两块导流极板夹住一块膜电极即构成一单电池，将各单电池通过连接杆串接在一起，并在两端设置集流母板构成燃料电池堆，在该燃料电池堆两端设置前、后端板即构成燃料电池；其特征在于，还包括绝缘隔板，该绝缘隔板将燃料电池堆分隔成数个电池单元，每个电池单元由数个单电池组成，所述的电池单元各设有两块集流母板，分正、负极，将整个燃料电池堆中的数个电池单元的正极集流母板并联在一起，同时将负极集流母板并联在一起，构成输出电流是一个电池单元数倍、输出电压只与一个电池单元的输出电压相同的燃料电池堆，在该燃料电池堆两端设置前、后端板即构成一种可实现输出电流数倍增加输出电压数倍降低的燃料电池。所述的含半透膜的燃料电池，其特征在于，所述的绝缘隔板可以采用聚碳酸酯板或环氧树脂板。所述的含半透膜的燃料电池，其特征在于，所述的所述的半透膜是由PTFE或PE或PP材料制成的。

附图说明

图1：本发明结构示意图。

具体实施方式

在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。

在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：

阳极反应：H2→2H++2e

阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O

在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导膜电极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导膜电极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导膜电极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流极板与阴极氧化剂的导流极板。这些导流极板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流极板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。

如图1所示，一种含半透膜的燃料电池，共有多个导流极板(带冷却水板的双极板)块膜电极，正、负极集流母板，以及前、后端板各1块，每隔四个单电池放置一块绝缘隔板，隔板两端放置集流板，分为十个单元，每个单元互相绝缘，但通用所有导流孔道，每个单元的集流母板均进行并联连接。图1中：

1、30为前后端板；

2、8、10、16、18、......、21、23、29为集流母板；

3、4、5、6、7、11、12、13、14、15、19、......、20、24、25、26、27、28为导流极板(每块都带冷却水夹板的双极板)；