[发明专利]膜电极与包含其的燃料电池

说明书

本申请提供了一种膜电极与包含其的燃料电池。该膜电极包括依次叠置的阴极扩散层、阴极催化层、质子膜、阳极催化层和阳极扩散层，阴极催化层中设置有阴极催化剂，阳极催化层中设置有阳极催化剂，其中，以叠置的方向为第一方向，与第一方向垂直的方向为第二方向，阴极催化层中阴极催化剂的含量在第二方向的分布与阴极电流密度在第二方向的分布正相关；和/或阳极催化层中阳极催化剂的含量在第二方向的分布与阳极电流密度在第二方向的分布正相关。该膜电极能够解决由催化剂均匀分布导致的燃料电池的性能变差的问题。

技术领域

本申请涉及化学电池领域，具体而言，涉及一种膜电极与包含其的燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种采用非燃烧的方式将化学能转化为电能的发电装置，具有环境友好、安全可靠和易于操作等优点。由于不受卡诺循环的限制，其直接发电效率可达45％，热点联供效率可达90％以上，可广泛应用于备用电源、分布式电站和汽车动力等多个领域。燃料电池的种类较多，其中，质子交换膜燃料电池具有电流密度大、比功率高和可室温快速启动等优势，具有很深的发展潜力。

但是，现有技术中的燃料电池基本都存在性能较差与寿命较低的问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种膜电极与包含其的燃料电池，以解决现有技术中燃料电池的性能较差的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种膜电极，上述膜电极包括依次叠置的阴极扩散层、阴极催化层、质子膜、阳极催化层和阳极扩散层，上述阴极催化层中设置有阴极催化剂，上述阳极催化层中设置有阳极催化剂，其中，以上述叠置的方向为第一方向，与上述第一方向垂直的方向为第二方向，上述阴极催化层中上述阴极催化剂的含量在第二方向的分布与阴极电流密度在上述第二方向的分布正相关；和/或上述阳极催化层中上述阳极催化剂的含量在上述第二方向的分布与阳极电流密度在上述第二方向的分布正相关。

进一步地，上述第二方向与上述膜电极的一条边界线平行，第三方向与上述第一方向垂直，且上述第三方向与上述第二方向垂直，上述阴极催化层中上述阴极催化剂的含量在第三方向的分布与上述阴极电流密度在上述第三方向的分布正相关。

进一步地，上述阴极催化层中上述阴极催化剂的含量与上述阴极电流密度成正比。

进一步地，上述第二方向与上述膜电极的一条边界线平行，第三方向与上述第一方向垂直，且上述第三方向与上述第二方向垂直，上述阳极催化层中上述阴极催化剂的含量在第三方向的分布与上述阳极电流密度在上述第三方向的分布正相关。

进一步地，上述阳极催化层中上述阳极催化剂的含量与上述阳极电流密度成正比。

进一步地，上述阳极催化层的厚度1～100μm之间，优选上述阴极催化层的厚度1～100μm之间。

进一步地，上述阳极催化剂为Pt/C催化剂，优选上述阴极催化剂为Pt/C催化剂。

为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，提供了一种燃料电池，该燃料电池包括至少一个膜电极，该膜电极为上述的膜电极。

应用本申请的技术方案，阴极催化剂和/或阳极催化剂的含量在第二方向上的分布不均匀，且与第二方向上的对应的电流密度分布正相关，使得催化剂含量和电流密度对催化剂的需求量形成适当匹配，这样不但可以避免或缓解由于催化剂含量较少导致的致燃料电池的性能变差的问题与寿命降低的问题，且在对应的电流密度较小的位置，催化剂也较少，从而不会造成催化剂的浪费。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的膜电极的结构示意图；