CN100470897C

CN100470897C - 燃料电池

Info

Publication number: CN100470897C
Application number: CNB2004100718189A
Authority: CN
Inventors: 赵泰熙; 朴明锡; 崔洪; 金哲焕; 李明浩; 黄勇俊; 许成根; 高承泰
Original assignee: LG Electronics Tianjin Appliances Co Ltd
Current assignee: LG Electronics Tianjin Appliances Co Ltd
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: CN1747209A

Abstract

本发明公开了一种燃料电池，包括电解质、正极和负极、正极侧隔板和负极侧隔板和凹陷部，正极和负极分别设置在电解质两侧，正极侧隔板和负极侧隔板分别设置在正极和负极，正极上形成凹陷部，凹陷部包括贯穿正极的贯穿部分，凹陷部包括直线部分，该直线部分包括第1直线部分和与第1直线部分垂直交叉的第2直线部分，第1直线部分和第2直线部分可相互垂直交叉，且第1直线部分和第2直线部分中至少某一个的长度与正极的幅度或长度相同，负极上也可形成凹陷部；本发明在不用增大其构成部件大小的情况下，提高发电性能。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及一种燃料电池。

背景技术

燃料电池是通过化学反应，把燃料具有的化学能转换成电能的能量转换电池。与传统的普通电池(Battery)不同，燃料电池在不进行充电的情况下，只要有燃料供应，即可一直产生电能。燃料电池以其较高的能量效率和环境亲和力，最近备受重视。

燃料电池通常以电解质(electrolyte)为中心，在两侧安排2个电极，即正极和负极。另外，正极的外侧设有正极侧隔板，正极侧隔板支撑上述正极，并具有可以流通燃料的通路。负极的外侧设有负极侧隔板，负极侧隔板支撑上述负极，并具有可以流通空气的通路。作为燃料，正极的氢气进行氧化反应，而作为氧化剂，负极的氧气进行还原反应。进行上述反应时，会出现电子的移动，产生电能。

燃料电池可以使用液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、甲烷、

通常，作为燃料使用气态燃料。上述燃料通过燃料重整器(fuelreformer)进行脱硫化反应、重整(reforming)反应，并通过氢气精炼工序被精炼成氢气。另外，也可以使用溶液态燃料，例如可以把固态BH4调制成水溶液后使用(所谓BFC方式燃料电池：boro hydride fuel cell)。BFC方式的燃料电池不使用重整器，而是直接把水溶液状态的液态燃料供应给正极。这时，在正极起重整反应，因此可以取消重整器，简化燃料电池系统。

另外，燃料电池可以按电解质的种类，划分为磷酸盐燃料电池(phosphoric fuelc ell)、熔碳盐燃料电池(moltenc arbonatefuel cell)、固体氧化物燃料电池(alkaline fuel cell)、高分子分离膜燃料电池(solidoxide fuel cell)等。

下面，参照图1，对普通燃料电池系统进行说明。

如图1所示，储存在燃料罐5中的燃料被燃料泵3供应到燃料电池1。空气被空气泵7泵送到燃料电池1。燃料电池1由单一单元(unit cell)形式形成或由叠放单一单元的堆栈(stack)形式形成。

下面，参照图2和图3，对传统燃料电池的一实施例进行说明，图2，图3为由单一单元形成的燃料电池示意图。

电解质10的两侧分别设有正极30和负极20。正极30和负极20的外侧分别设有隔板40、50。这里，正极30和负极20具有多孔形状，通常含有白金催化剂。

正极30的外侧设有正极侧隔板50，负极20的外侧设有负极侧隔板50。隔板40、50用于支撑正极30和负极20，通常分别具有由隔壁44、54形成的通路46、56。上述通路46、56的形状可以存在多种形式。另外，隔板40、50在叠放单一单元时可以隔离各单一单元。隔板40、50的外侧可以分别设置集电板。

作为电解质10通常使用由高分子材料制成的离子交换膜，其商品化的产品中，作为具有代表性的电解质膜，可以举DIUPON公司的Nafion膜为例。电解质10起氢离子传导体作用的同时，防止氧气和氢气的接触。另外，正极30和负极20是附着有催化剂的支撑体，通常使用碳树脂(carbon paper)或碳织物(carbon cloth)。另外隔板40、50通常是致密的碳板。

对上述燃料电池的作用，进行如下说明。

供应到燃料电池的燃料和空气分别流过正极和负极时发生如下反应。

正极：BH₄ ^-+8OH^-→BO₂-+6H₂O+8e^- Eo＝-1.24V

负极：2O₂+4H₂O+8e^->8OH Eo＝0.4V

全体：BH₄ ^-+2O₂ ^->2H₂O+BO₂ ^-Eo＝1.62V

另外，为了把BH₄ ^-调制成稳定的溶液，通常添加一定量的Na。随之正极30会产生与之相应的副反应，会产生氢气。这里，正极30的反应方程式为2H₂O+NaBH₁->NaBO₂+2H₂。

现有的燃料电池中，为了增加发电功率，要加大燃料电池各构成部件的大小。但是增加大小时，对于燃料电池的各部件，特别是对于隔板来说因其内部形成有通路，会存在制作困难，费用增加的问题。

另外，如果为了提高功率，加大燃料电池的各构成部件大小，则会导致燃料电池整个体积增大，造成使用上的不便。

发明内容

为了克服现有燃料电池存在的上述缺点，本发明提供一种改进的燃料电池，在不用增大其构成部件大小的情况下，提高发电性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

做为本发明的一种燃料电池，包括电解质、正极和负极、正极侧隔板和负极侧隔板和凹陷部，正极和负极分别设置在电解质两侧，正极侧隔板和负极侧隔板分别设置在正极和负极，正极上形成凹陷部，凹陷部包括贯穿正极的贯穿部分，凹陷部包括直线部分，该直线部分包括第1直线部分和与第1直线部分垂直交叉的第2直线部分。

前述的燃料电池，第1直线部分和第2直线部分相互垂直交叉。

前述的燃料电池，第1直线部分和第2直线部分中，至少某一个的长度与正极的幅度或长度相同。

前述的燃料电池，第1直线部分和第2直线部分中，至少某一个的长度小于正极的幅度或长度，而另一个以数个设置在相对长的各直线部分之间。

前述的燃料电池，在负极上形成凹陷部。

本发明解决其技术问题还可采用如下技术方案：

一种燃料电池，包括电解质、正极和负极、正极侧隔板和负极侧隔板和凹陷部，正极和负极分别设置在电解质两侧，正极侧隔板和负极侧隔板分别设置在正极和负极，在该负极上形成凹陷部，凹陷部包括贯穿负极的贯穿部分，凹陷部包括直线部分，直线部分包括第1直线部分和与第1直线部分垂直交叉的第2直线部分。

本发明在保持燃料电池的原来大小的情况下，也可以提高燃料电池的发电功率和发电性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为普通的燃料电池系统的工作原理图。

图2为传统燃料电池的分解示意图。

图3为图2所示的电池的组合断面图。

图4为本发明的燃料电池的实施例示意图，是电解质和正极的组合平面示意图。

图5为图4所示燃料电池的断面图。

图6为本发明的燃料电池另一实施例示意图，是与图4相当的示意图。

图7为本发明的燃料电池又一实施例示意图，是与图4相当的示意图。

图8a为传统燃料电持中的燃料流动状态示意图。

图8b为本发明燃料电池中的燃料流动状态示意图。

图中标号说明：

10：电解质 20：负极

30：正极 40：负极侧隔板(separator)

50：正极侧隔板 32，34：凹陷部 300：媒介层(涂层)

具体实施方式

本发明的较佳实施例中，对于与传统燃料电池相同的构成部件，采用相同的名称和标号。

下面，参照图4，对本发明的燃料电池较佳实施例进行说明。

与现有技术相同，本发明的燃料电池也包括电解质、正极、负极、正极侧隔板、负极侧隔板。由多个单一单元叠放形成的堆栈(stack)式燃料电池中，单一隔板的一侧与正极接触，另一侧与负极接触。但是为了说明上的方便，在下述说明中，采用“正极侧隔板”和“负极侧隔板”的术语。

与现有技术不同，本发明中，正极30形成有凹陷部32。凹陷部32的形状没有限定，但上述凹陷部32以与垂直方向或水平方向，即正极30的长度或幅度平行的直线状态形成为宜。即，多个直线式凹陷部32按一定间隔排列，形成条纹(stripe)形状。当然，也可以使上述凹陷部32的一部分具有直线形状，使另一部分具有曲线等其他形状。

如图5所示，凹陷部可以具有不贯穿正极30的凹陷形状(请参照图面标号32)，但为了制造上的方便等因素，上述凹陷部贯穿正极30为宜(请参照图面标号32a)。当然，也可以使凹陷部的一部分形成非贯穿部分，另一部分形成贯穿部分。

如图6所示，凹陷部(32，34)是由第1直线部分32和与上述第1直线部分32按一定角度交叉的第2直线部分34形成。上述第1直线部分32和上述第2直线部分34相互垂直交叉。上述第1直线部分32和上述第2直线部分34中，至少某一个的长度与上述正极30的幅度或长度相同。如果第1直线部分32和第2直线部分34的长度分别与正极30的幅度和长度相同，则如图6所示，形成多个小正极30a、30b、30c排列在电解质10上的形状，比如镶嵌(mosaic)形状。即，具有上述结构时，各个分离的小正极30a、30b、30c集合成镶嵌式正极30。

本发明不限定于上述结构，也可以按如图7所示的形状形成正极。即，第1直线部分32和上述第2直线部分34中至少某一个的长度小于上述正极30的幅度或长度，而另一个以数个设置在相对长的各直线部分之间。图7中，水平形成的第1直线部分32的长度略小于正极30的长度，多个第2直线部分34设置在各第1直线部分32之间，并与第1直线部分32相垂直。

如上所述的结构，可以形成多个凹陷部(32，34)，此时，也能避免正极30被分离成多个小正极的集合体，即，可以形成1个整块正极30，从而可以提高正极30的组装效率。

下面，参照图8a和图8b，对本发明的原理以及效果，进行说明。

图8a为没有凹陷部的传统燃料电池中的燃料流动状态示意图。流体流动时，按流体的流动方向，会生成边界层(Boundary layer)。这种边界层是阻碍流体流动的一种阻力因素。

本发明中，正极30形成有凹陷部(32，34)，因此如图8b所示，在形成凹陷部(32，34)的部位，上述边界层会遭到破坏，降低流体的流动阻力。因此，本发明的流体流动比现有燃料电池更加流畅，其热交换效率得到提高，进而可以提高燃料电池的性能。

另外，燃料电池中，燃料和氧化剂的反应结果会生成水，而本发明的凹陷部32，34可以防止水的溢出，提高发电性能。当然，在正极30上形成凹陷部32，34时，会降低用于化学反应的面积，从本发明的试验结果看，本发明优点比上述缺点带来的影响更加明显，还是能够提高整体发电性能。

另外，上述一实施例中，在正极上形成凹陷部。但本发明不受限于上述结构。即，可以在负极上形成凹陷部。因为，供给负极的氧化剂通常也是流体，因此可以得到与上述内容相似的效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

综上所述，本发明的燃料电池具有如下发明效果。

本发明通过在正极以及/或负极上形成凹陷部，降低了燃料以及/或氧化剂的流动阻力，提高了燃料电池的发电性能及发电功率。另外，本发明可以通过凹陷部防止燃料和氧化剂反应后生成的水溢出，从而提高发电性能。

Claims

1、一种燃料电池，包括电解质、正极和负极、正极侧隔板和负极侧隔板和凹陷部，正极和负极分别设置在电解质两侧，正极侧隔板和负极侧隔板分别设置在正极和负极，正极上形成凹陷部，凹陷部包括贯穿正极的贯穿部分，凹陷部包括直线部分，其特征在于：所述直线部分包括第1直线部分(32)和与第1直线部分(32)垂直交叉的第2直线部分(34)。

2、根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：所述第1直线部分(32)和第2直线部分(34)相互垂直交叉。

3、根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于：所述第1直线部分(32)和第2直线部分(34)中，至少某一个的长度与正极(30)的幅度或长度相同。

4、根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于：所述第1直线部分(32)和第2直线部分(34)中，至少某一个的长度小于正极(30)的幅度或长度，而另一个以数个设置在相对长的各直线部分之间。

5、根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于：在所述负极(20)上形成凹陷部。

6、一种燃料电池，包括电解质、正极和负极、正极侧隔板和负极侧隔板和凹陷部，正极和负极分别设置在电解质两侧，正极侧隔板和负极侧隔板分别设置在正极和负极，其特征是：在所述负极(20)上形成凹陷部，凹陷部包括贯穿负极(20)的贯穿部分，凹陷部包括直线部分，直线部分包括第1直线部分和与第1直线部分垂直交叉的第2直线部分。