[发明专利]一种铂基磁场调控燃料电池的电堆装置及其制造方法

说明书

本发明公开了一种铂基磁场调控燃料电池的电堆装置及其制造方法，燃料电池的电堆装置包括U型支架，U型支架的两侧内壁均设有线圈，线圈内设有直流电磁铁的极头，位于两组极头之间的燃料电池电堆，燃料电池电堆由若干单体燃料电池顺次堆叠而成，位于燃料电池电堆下方的固定装置，固定装置上部设有温度调节装置，燃料电池的制造方法包括以下步骤：S1，制备铂基磁性多元纳米颗粒，S2，制备单体燃料电池；S3，装配燃料电池电堆。本发明将电流可控电磁铁装配在燃料电池装置外部，为燃料电池提供外磁场，改变铂基磁性多元纳米颗粒催化剂的反应过程，增强燃料电池性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及核心零部件技术领域，具体是涉及一种铂基磁场调控燃料电池的电堆装置及其制造方法。

背景技术

燃料电池是新能源汽车动力的核心，提升燃料电池的能量输出效率和稳定性是推广应用的前提，其中，关键点在于负载催化剂的电极催化反应机制的改善与反应装置的设计。催化反应涉及催化剂、燃料、空气和溶液，当前多采用商业化碳负载单质铂催化剂作为燃料电池系统阳极，通过控制颗粒尺寸、负载量、晶面等工艺提升催化剂活性。

然而，商业铂碳催化剂不够优良的活性和稳定性仍然制约燃料电池的成本和广泛应用。处于实验室阶段的多元金属催化剂虽然能够提高催化活性，但是原理仅局限在用其他元素调控铂的电子结构，忽略另一重要因素磁性，而磁性可调节的范围广泛，不仅包括催化剂本身从顺磁、超顺磁、铁磁、反铁磁和抗磁状态的转变，还包括大小可调的外加磁场，此外温度对磁性也有大幅影响。将磁性纳入催化剂设计因素将有潜力大幅改善催化剂性能。

专利CN106784903A公开了一种用于燃料电池催化剂的铂-过渡金属合金纳米晶的制备方法，包括如下步骤：S1、将铂前驱体、过渡金属前驱、苯甲酸溶于N-N二甲基甲酰胺中形成前驱体混合溶液；S2、将所述前驱体混合溶液置于微波电磁场中，通过微波作用于所述前驱体混合溶液均匀加热反应后，得到八面体形貌的铂-过渡金属合金纳米晶。利用微波具有波粒二象性，能够迅速均匀并选择性加热的特性，对反应物在反应过程中持续加热，有效的加速了反应时间，缩短了反应周期。相对传统合成工艺来说，合成周期缩小了近十倍，极大了提高了反应效率。但是没有对催化剂样品的磁性进行调控。

因此，为实现磁性对燃料电池性能的提升，关键是选择具有特定磁性和晶体结构的多元金属铂基催化剂，并将磁场发生装置纳入燃料电池系统辅件中。

发明内容

针对上述存在的问题本发明提供了一种铂基磁场调控燃料电池的电堆装置及其制造方法。

本发明的技术方案是：

一种铂基磁场调控燃料电池的电堆装置，包括：

U型支架，所述U型支架的两侧内壁均设有线圈，所述线圈内设有直流电磁铁的极头，

位于两组所述极头之间的燃料电池电堆，所述燃料电池电堆由若干单体燃料电池顺次堆叠而成，所述单体燃料电池由位于中间的PEM聚合物涂层、位于所述PEM聚合物涂层两侧的催化剂涂层、位于所述催化剂涂层两侧的气体扩散层、以及位于所述气体扩散层两侧的阴极和阳极组成，所述催化剂涂层是由铂基磁性多元纳米颗粒构成，所述铂基磁性多元纳米颗粒为球形、立方体、截角八面体、核壳结构、空心结构、枝状结构中的至少一种或多种，

位于所述燃料电池电堆下方的固定装置，所述固定装置安装于U型支架的上表面，固定装置上部设有用于承载燃料电池电堆的温度调节装置。

进一步地，所述燃料电池电堆由若干单体燃料电池通过堆叠装置顺次堆叠而成，所述堆叠装置为两组且对称设置在所述U型支架的前后两侧，堆叠装置包括与U型支架固定连接的支杆、与所述支杆固定连接的滑轨以及与所述滑轨内侧中部设有的滑道滑动连接的固定部，所述滑轨的起始端设有固定板，位于所述滑道下方的滑轨上等间距开设有若干限位孔，能够将单体燃料电池顺次排列堆叠。