[实用新型]一种复合式燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型属于燃料电池领域，更加具体地说，涉及一种新型复合式燃料电池，具有水管理自优由化的特点。 

背景技术

目前的质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）燃料电池会在阴极生成水，阳极消耗水。同时由于电渗拖拽（electro-osmotic drag，EOD）作用，部分阳极的水会被拖拽到阴极，使阴极的水更多，阳极的水更少，从而导致大量的液态水堆积在阴极影响反应流体的传输，进而影响燃料电池的工作效率。同时，PEM膜阴阳两级水分布的不平衡会导致膜本身电阻增加，使局部过热而损坏PEM膜，进而影响燃料电池的工作效率。因此，PEM膜燃料电池需要有效利用阳极生成的水和外部输送的水，充分加湿膜，同时将阴极生成的液态水及时排除，减少对反应流体传输的影响。这些使得PEM膜燃料电池的水热管理变得复杂。目前的固态碱性阴离子交换膜（Alkaline Anion Exchange Membrane，AAEM）燃料电池则相反，阳极的水更多，阴极的水更少。AAEM膜阴阳两级水分布的不平衡也会导致和PEM膜同样的问题，从而影响燃料电池的工作效率。水热管理也同样会变得复杂，如附图1所示。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型复合式燃料电池。这种燃料电池可以充分利用PEM膜阴极水多和AAEM膜阳极水多的特点，使两种膜所产生的水相互补充，从而使膜两级的水分布较为平衡，进而使水热管理变得简单。 

本实用新型的技术目的通过下述技术方案予以实现： 

一种复合式燃料电池，包括复合膜、密封垫片、碳板、导电板、耐热绝缘板及紧固装置，其中： 

导电板、耐热绝缘板及紧固装置可选用燃料电池领域的常用材料，所述导电板设置在碳板的外侧，用于收集碳板上的电流并对外输出电流；所述绝缘耐热板设置在导电板的外侧，用于使紧固装置和导电板绝缘，防止漏电；所述紧固装置的表面可覆盖绝缘材料，以防止紧固装置和碳板接触而漏电，或者直接采用绝缘材料制备的紧固装置，所述紧固装置用于连接和紧固燃料电池的各个组成部分，选择螺栓/螺母。 

所述复合膜中镶嵌有质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）和碱性阴离子交换膜（Alkaline Anion Exchange Membrane，AAEM），每个碱性阴离子交换膜（AAEM）和质子交换膜（PEM）均构成一个单独独立的燃料电池且交错分布，进行反应，并将两种交换膜的阳极位于复合膜的一侧，阴极位于复合膜的另一侧，这样一来，碱性阴离子交换膜（AAEM）阳极生成的水可对质子交换膜（PEM）阳极进行补充，质子交换膜（PEM）阴极生成的水对碱性阴离子交换膜（AAEM）阴极进行补充，复合膜的本体起到绝缘和密封的作用，防止PEM膜和AAEM膜电解质的泄漏。 

所述复合膜的本体选择聚酯薄膜。 

所述质子交换膜和碱性阴离子交换膜的反应活化面积比为2：1。 

所述质子交换膜的数量和碱性阴离子交换膜的数量相等，以构成电极反应生成水的补充，例如1个AAEM和1个PEM组成，2个AEM和2个PEM组成，3个AEM和3个PEM，根据燃料电池的大小适当选择交换膜的数量，并可根据两者的反应活化面积之比进行设计。 

为实现这一功能，在碳板上设置有与碱性阴离子交换膜（AAEM）燃料电池和质子交换膜（PEM）燃料电池位置相应的蛇形流道，要保证流体交替经过PEM膜和AAEM膜并且流体开始流入碳板的流道时，在复合膜的阳极一侧要先经过AAEM膜，再经过PEM膜，再经过AAEM膜，再经过PEM膜；在复合膜的阴极一侧要先经过PEM膜，再经过AAEM膜，再经过PEM膜，再经过AAEM膜。在整个蛇形流道的外围设有密封橡胶圈的槽道，内置密封橡胶圈；相邻的膜之间的对应的蛇形流道是相通的，并利用设有密封橡胶圈的槽道进行分割，碳板上蛇形流道的分布与复合膜上交换膜的位置分布相对应。 

所述蛇形流道和设有密封橡胶圈的槽道通过机械加工方法直接在碳板表面进行加工而成，例如刻蚀。 

所述设置在碳板上的密封橡胶圈的作用是防止流道中流体（例如燃料、气体和电极反应生成的水）的泄漏，所述密封橡胶圈外围放有密封垫片，所述密封垫片覆盖除蛇形流道之外的碳板表面，用于进一步密封和防止复合膜两侧的碳板接触导致短路。所述复合膜和碳板表面的蛇形流道相接触。