[发明专利]燃料电池

权利要求书

1.一种燃料电池，其包括：至少一燃料电池单体，该燃料电池单体包括：

一膜电极，该膜电极包括：一质子交换膜和分别设置在该质子交换膜相对的两个表面的阴极电极和阳极电极，所述阴极电极和阳极电极均包括一催化层；

一第一导流板，该第一导流板设置于所述阳极电极远离所述质子交换膜的表面；

一第二导流板，该第二导流板设置于所述阴极电极远离所述质子交换膜的表面；

其特征在于，该催化层包括多个管状载体、吸附在该多个管状载体内壁的多个催化剂颗粒及填充于该多个管状载体内的质子导体，该多个管状载体共同定义了多个反应气体通道，使反应气体直接扩散至催化剂颗粒表面，该多个管状载体具有电子导电性，该多个管状载体的一端均与所述质子交换膜相连以使填充于该多个管状载体内的质子导体与所述质子交换膜相接触。

2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，该多个管状载体之间具有多个间隙，从而使反应气体通过该间隙直接扩散至所述管状载体的管壁。

3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，该管状载体的管壁具有多个孔，从而使反应气体通过该多个孔直接扩散至所述管状载体内。

4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，该多个管状载体无序排列。

5.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述每个管状载体在催化层中设置的形状为直线形、曲线形或Y字形。

6.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述多个管状载体相互间隔设置。

7.如权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，所述多个管状载体相互平行且垂直于所述质子交换膜的表面。

8.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述相邻两个管状载体之间的距离小于50微米。

9.如权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，所述管状载体的高度为1微米~100微米。

10.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述管状载体为碳纳米管、二氧化钛纳米管、氧化锌纳米管、氧化钴纳米管或五氧化二钒纳米管。

11.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述管状载体为由无定形碳组成的碳纳米管。

12.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述管状载体的直径为10纳米至10微米。

13.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述管状载体的壁厚为2nm~15nm。

14.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述催化剂颗粒为铂颗粒、金颗粒、钯颗粒或钌颗粒。

15.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述催化剂颗粒的粒径为1纳米～8纳米。

16.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，该催化剂颗粒在所述催化层中的附着量为小于等于0.5mg·cm^-2。

17.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述质子导体为全氟磺酸树脂或磺化聚合物。

18.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，进一步包括气体扩散层设置于所述催化层远离所述质子交换膜的一侧，该气体扩散层与多个管状载体的管壁电接触。

19.如权利要求18所述的燃料电池，其特征在于，所述气体扩散层由导电的多孔材料组成。

20.如权利要求18所述的燃料电池，其特征在于，该气体扩散层为碳纤维纸或由多个碳纳米管组成的碳纳米管薄膜。

21.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一导流板和第二导流板的靠近质子交换膜的表面具有一条或多条导流槽。

22.如权利要求21所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池单体进一步包括一第一供气和抽气装置和一第二供气和抽气装置，该第一供气和抽气装置与所述第一导流板连通，用于通过所述第一导流板向所述阳极电极输入一反应气体，该第二供气和抽气装置与所述第二导流板连通，用于通过所述第二导流板向所述阴极电极输入一反应气体。