[发明专利]一种提高空气自呼吸燃料电池阴极氧浓度的方法

说明书

本发明公开了一种利用磁性多孔介质结构提高空气自呼吸燃料电池阴极氧浓度的方法，其特征在于：包括空气自呼吸燃料电池阴极气体通道、空气自呼吸燃料电池阳极气体通道、催化层和质子交换膜；重要的是其中阴极气体通道由磁体和多孔结构组成；通过磁体与由铁磁性材料构成的多孔结构组合，在阴极气体通道内形成高梯度磁场，利用开尔文力对于顺磁性氧和逆磁性水的显著作用，达到提高阴极氧浓度和排出阴极产生水的目的，从而提高燃料电池的功率；该方法可以显著提高空气自呼吸式燃料电池的功率，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及空气自呼吸氢氧燃料电池利用中提高阴极氧浓度的方法，具体是利用磁场环境下磁性多孔介质结构内产生的高梯度磁场促进空气自呼吸燃料电池阴极气体通道内氧富集的方法。

背景技术

氢氧燃料电池，阳极消耗氢气，阴极消耗氧气，在催化层的作用下实现化学能与电能的转化过程。氢气供给足够的情况下，一定程度上，氧气的供给量决定着燃料电池的输出电功率。通常大型交通工具，如氢氧燃料电池汽车中，氢氧燃料电池的阴极由压缩空气提供足够的氧气持续供给，电池系统中需配备空气压缩设备，系统庞大而复杂。

高体积能量密度的氢氧燃料电池的便携式应用有着广泛的市场前景。近年提出的空气自呼吸氢氧燃料电池的概念，拟采用阴极气体通道空气自然对流实现阴极氧供给，从而降低电池系统的复杂程度。

空气自呼吸氢氧燃料电池存在的系统精简的优势是明显的，但自然对流提供的阴极氧供给不足而造成的电功率骤降也是致命的。同时，燃料电池反应生成的水在阴极一侧的积聚，无疑对阴极气体流通和氧补给形成进一步阻碍，影响电池电功率。现有技术中通过阴极疏水材料的使用加速水排出的方法，在氧浓度较低的环境，似乎不能达到进一步提高空气自呼吸燃料电池电功率的目的。

寻求一种既能有效富集氧，又能有效排水的结构设计是进一步提高空气自呼吸燃料电池体积能量密度的努力方向。

发明内容

本发明的目的是革新现有空气自呼吸燃料电池阴极气体通道设计，提供一种利用磁性多孔介质结构提高空气自呼吸燃料电池阴极氧浓度的方法，从而实现空气自呼吸燃料电池体积能量密度的进一步提升。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种利用磁性多孔介质结构提高空气自呼吸燃料电池阴极氧浓度的方法，其特征在于：通过多孔结构表面梯度磁场对氧的吸附作用实现阴极氧富集。

所述多孔结构包括空气自呼吸燃料电池阴极气体通道、空气自呼吸燃料电池阳极气体通道、催化层和质子交换膜。

所述空气自呼吸燃料电池阴极气体通道和空气自呼吸燃料电池阳极气体通道平行相对布置。所述空气自呼吸燃料电池阴极气体通道和空气自呼吸燃料电池阳极气体通道之间夹有催化层和质子交换膜。

所述空气自呼吸燃料电池阴极气体通道富集空气中的氧气。所述空气自呼吸燃料电池阳极气体通道通入氢气。

所述空气自呼吸燃料电池阴极气体通道包括磁体和多孔结构。

所述多孔结构包括多孔状组合结构或多丝状组合结构。

所述磁体将多孔结构分隔为若干个区域。

所述磁体的数量为M。所述多孔结构被分隔的区域数量为M-1。

所述空气自呼吸燃料电池阴极气体通道的一侧与催化层相连，另一侧与外部大气环境连通。

所述空气自呼吸燃料电池阳极气体通道的一侧与催化层相连，形成与外部大气环境隔绝的氢气气体通道。

进一步，所述磁体垂直于催化层，所述磁体沿平行于催化层方向磁化。

不同位置磁体彼此平行布置，不同磁体的N和S极相对布置。