CN101252201A - 燃料电池组和燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池组和一种包括该燃料电池组的燃料电池系统。该燃料电池组包括多个膜电极组，多个膜电极组与置于膜电极组之间的隔膜堆叠在一起，该燃料电池组的特征在于，堆叠具有阳极和阴极的第一特性的MEA与具有阳极和阴极的第二特性的MEA。优选地，第一特性的MEA为烃类MEA，第二特性的MEA为氟类MEA。

Description

燃料电池组和燃料电池系统
技术领域
本公开涉及一种通过堆叠多个单元燃料电池而构成的燃料电池组，更具体地讲，涉及一种燃料效率提高且容易保持期望的反应温度的燃料电池组。
背景技术
通常，燃料电池是一种发电系统，它通过氢和氧之间的电化学反应直接将化学能转化为电能。可以向燃料电池供应纯氢，或者可以向燃料电池供应源于甲醇、乙醇、天然气的氢。可以向燃料电池系统供应纯氧，或者可以向燃料电池系统供应来自于例如由空气泵提供的空气等的氧。
在燃料电池的工作机理中，通过将诸如氢、天然气、甲醇等燃料氧化，在阳极处形成电子和氢离子。在阳极处产生的氢离子通过电解质膜移动到阴极，在阳极处产生的电子通过导线或线供应到外部电路。氢离子与通过外部电路移动到阴极的电子结合，并与氧或空气中的氧结合，从而生成水。
根据燃料电池中使用的电解质的种类，可将燃料电池分为聚合物电解质膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。根据燃料电池的类型，组成部件的材料和工作温度不同。
根据燃料进料工艺，也可将燃料电池分为外部重整型和内部重整型。外部重整型燃料电池在将燃料传送到阳极之前利用燃料重整器将燃料转变为富氢气体。内部重整型燃料电池，也被称为直接燃料电池，将气体或液体燃料直接供给到阳极中。
直接燃料电池的代表性示例是直接甲醇燃料电池(DMFC)。在直接甲醇燃料电池中，将甲醇水溶液或水和甲醇的混合蒸气供应到阳极中。因为直接甲醇燃料电池不需要外部重整器并具有优良的燃料处理特性(fuel handlingproperty)，所以与其它类型的燃料电池相比，直接甲醇燃料电池可更容易被小型化。
燃料电池的单位发电元件称作膜电极组(MEA)。这里，MEA具有这样的结构，即阳极(也称作“燃料极”或“氧化电极”)和阴极(也称作“空气极”或“还原电极”)相互附着，并且在阳极和阴极之间具有能够传输氢离子的电解质膜。
直接甲醇燃料电池中涉及的MEA电化学反应包括用于氧化燃料的阳极反应和用于还原氢离子的阴极反应，如式1中所示。
式1
阳极    CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
阴极    3/2O2+6H++6e-→3H2O
如式1中所示，甲醇和水相互反应，在阳极处生成二氧化碳、六个氢离子和六个电子。生成的氢离子通过氢离子传导性电解质膜移动到阴极。在阴极处，氢离子、来自外部电路的电子和氧反应生成水。直接甲醇燃料电池(DMFC)的总反应生成水和二氧化碳，与甲醇的燃烧热对应的大部分能量被转化为电能。在阳极和阴极处提供的催化剂促进这些反应。
氢离子传导性电解质膜用作在阳极处由氧化反应生成的氢离子可通过其被传递到阴极的通道。同时，氢离子传导性电解质膜用作用于使阳极和阴极分离的隔膜。
在聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)中，氢离子传导性聚合物电解质膜主要用作氢离子传导性电解质膜。通常，氢离子传导性聚合物电解质膜为亲水性，在存在适量水的情况下传导离子。
膜电极组(MEA)根据氢离子传导性电解质膜的种类具有各种特性，在直接甲醇燃料电池中，广泛地使用磺化四氟乙烯共聚物(sulfonatedtetrafluorethylene copolymer)(Nafion，DuPont)类电解质膜和烃类聚合物电解质膜。
使用Nafion类电解质膜的Nafion类膜电极组(在下文中，称作Nafion类MEA)和使用烃类聚合物电解质膜的烃类膜电极组(在下文中，称作烃类MEA)具有对应的优点和缺点。
Nafion类MEA的优点在于保持适于燃料电池反应(为放热反应)进行的温度。然而，因为由于甲醇窜透(methanol crossover)导致不能使用高浓度燃料，所以Nafion类MEA通常具有需要以单独的混合箱通过将来自于燃料电池组的排放物的水与高浓度燃料混合来生成稀释燃料的缺点。
因为甲醇窜透较低，所以烃类MEA可使用高浓度燃料，这样减小了整个系统的体积。然而，烃类MEA通常需要单独的加热装置以获得用于燃料电池反应的温度。
第2006-073235号日本特许专利公开描述了一种弥补Nafion类MEA和烃类MEA的上述缺点的布置，在这种布置中，Nafion类电解质膜设置在烃类电解质膜的两个表面上。因此，通过烃类电解质膜有效地防止了甲醇窜透，并通过Nafion类电解质膜确保了适当的温度。
然而，根据这种布置，三层电解质膜取代了通常的单层电解质膜，MEA的体积增大，如果三层电解质膜形成得薄，则制造成本将显著增大。
发明内容
本公开解决了上述问题，一个目的在于提供一种燃料电池组和一种具有该燃料电池组的燃料电池系统，其中，所述燃料电池组在保持适合于燃料电池反应的温度的同时，有效地防止燃料窜透。
另一目的在于提供一种燃料电池组和一种具有该燃料电池组的燃料电池系统，其中，由于在MEA中协调了不同的特性，所以该燃料电池组具有更有效的性能。
一些实施例提供了一种包括两种不同类型的MEA的燃料电池组，每种MEA具有优于另一种MEA的特定优点。该构思适用于各种类型的燃料电池，并针对包括氟类MEA和烃类MEA的直接甲醇燃料电池组详细地描述了该构思。氟类MEA通常容易实现用于燃料的氧化还原反应的工作温度，但却遇到突出的甲醇窜透问题，从而浪费燃料。烃类MEA通常表现出小的甲醇窜透，但是不容易达到工作温度。MEA被布置为使得在氟类MEA中产生的热使烃类MEA达到工作温度。可以这样布置这两种类型的MEA，即，使每种类型的MEA中的每一个交替，使一种类型或两种类型的MEA构成的组交替，或者按其它布置方式布置。在一些实施例中，氟类MEA的数量被最小化，从而提高了燃料效率。优选地，电池组的端部包括氟类MEA，以保持温度。
燃料电池组的实施例包括多个膜电极组，多个膜电极组与置于膜电极组之间的隔膜堆叠，在所述多个膜电极组中，第一特性的具有阳极和阴极的MEA和第二特性的具有阳极和阴极的MEA堆叠，优选地，所述多个膜电极组可以具体化为：具有第一特性的MEA为烃类MEA，具有第二特性的MEA为氟类MEA。
提出多种电解质膜来具体化燃料电池的MEA；然而，考虑到成本和性能，没有通用的电解质膜，每种电解质膜都有自己的优点和缺点。引入多层结构的电解质膜，以使缺点最小化而使优点最大化，但是这样的多层结构的电解质膜昂贵。
在一些实施例中，当用由具有它们自身的优缺点的各种电解质膜构成的MEA制造电池组时，燃料电池组的结构包括交替地堆叠两种以上的MEA(即，每种膜电极组具有不同的特性)。
与上面讨论的多层结构的MEA相比，燃料电池组的一些实施例包括含有阴极电解质膜和阳极电解质膜的两种膜电极组。
一些实施例提供了一种燃料电池组和一种包括该燃料电池组的燃料电池系统，所述燃料电池组包括多个膜电极组(MEA)，所述多个膜电极组与置于相邻的膜电极组之间的隔膜堆叠在一起，其中，所述多个MEA包括：至少一个第一特性的MEA，包括阳极和阴极；至少一个第二特性的膜电极组，包括阳极和阴极。
在一些实施例中，第一特性的MEA包括烃类MEA，第二特性的MEA包括氟类MEA。在一些实施例中，交替地堆叠预定数量的烃类MEA和预定数量的氟类MEA。在一些实施例中，至少一个氟类MEA置于两个烃类MEA之间，在燃料电池组的每个端部设置氟类MEA。在一些实施例中，氟类MEA位于燃料电池组的每个端部，烃类MEA位于燃料电池组的中间。
在一些实施例中，燃料电池组包括至少一组连续的氟类MEA和至少一组连续的烃类MEA。在一些实施例中，氟类MEA包括含有聚全氟磺酸、氟碳乙烯基醚和氟代乙烯基醚中的至少一种的膜。在一些实施例中，烃类MEA包括含有下列物质中的至少一种的膜：聚苯乙烯、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮和聚苯基喹喔啉。在一些实施例中，烃类MEA包括含有下列物质中的至少一种的膜：聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜、聚砜衍生物、磺化-聚醚醚酮(s-PEEK)、聚苯醚、聚苯硫醚、聚磷腈、磺化聚醚砜(PES)、磺化聚酰亚胺(PI)和聚四氟乙烯/聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-接枝-聚苯乙烯的共聚物(PTFE/PVDF-HFP-g-PS)。
在一些实施例中，烃类MEA包括含有下列物质中的至少一种的膜：聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮和聚苯基喹喔啉。在一些实施例中，烃类MEA包括含有下列物质中的至少一种的膜：聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜、聚砜衍生物、磺化-聚醚醚酮(s-PEEK)、聚苯醚、聚苯硫醚和聚磷腈。
燃料电池系统的一些实施例还包括：燃料箱，流体地连接到燃料电池组，被构造成用于存储供应到燃料电池组的燃料；功率传输接口，电连接到燃料电池组，被构造为用于将由燃料电池组产生的电能传输到外部负载。
在一些实施例中，燃料电池组被构造成将阴极处产生的排放物排到周围环境中。
一些实施例还包括流体地连接燃料箱和燃料电池组的燃料泵，所述燃料泵被构造为用于将存储在燃料箱中的燃料进料到燃料电池组中。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征及优点将更加清楚，在附图中：
图1是示出了燃料电池组的实施例的详细结构的分解图；
图2A至图2C是示出了具有交替堆叠结构的燃料电池组的示例性实施例的剖视图；
图3是示出了包括图2C中所示的燃料电池组的燃料电池系统的构造的框图；
图4是示出了具有图2C中所示的交替堆叠结构的燃料电池组的实施例的对比测试结果的曲线图。
具体实施方式
在下文，将参照附图来描述优选实施例。提供优选实施例，使得本领域的技术人员可以充分地理解本公开，但是可以以各种形式对本公开进行修改，本公开的范围不限于优选实施例。
例如，尽管下面的实施例描述了利用包括氟类电解质膜和烃类电解质膜的改善直接甲醇燃料电池的性能的电解质膜的直接甲醇燃料电池，但是这种布置可应用于任何一种燃料电池组。{用“使用”代替“所需”作为较小限制性的。}
在描述燃料电池组的实施例之前，将解释广泛用于生成直接甲醇燃料电池MEA的氟类电解质膜和烃类电解质膜。
作为氢离子传导性聚合物的氟类电解质膜的实施例包含用正离子交换基团(例如，磺酸基团)部分取代的全氟烷撑主链(perfluorinated alkylenebackbone)和位于氟化乙烯基醚侧链端部的羧酸基团。该聚合物称作全氟磺酸树脂(perfluorosulfonic acid resin)。根据离子传导性聚合物的命名，在此将包括全氟磺酸树脂的氟类电解质膜称作Nafion类电解质膜。
包括全氟磺酸树脂(Nafion，DuPont)的具有优良传导性、机械物理特性和耐化学性的全氟磺酸树脂膜通常用作氟类电解质膜。随着全氟磺酸树脂膜的厚度增大，树脂膜的尺寸稳定性、机械物理特性和膜阻抗(membraneresistance)也增大。然而，随着全氟磺酸树脂膜的厚度减小，树脂膜的膜阻抗以及聚合物膜的机械物理特性和燃料蒸气和液体渗透减小，从而导致燃料的损失和燃料电池的性能降低。
烃类电解质膜已用于各种燃料电池(例如，聚合物电解质膜燃料电池)，现在被应用于直接甲醇燃料电池。
烃类电解质膜的一些实施例包括基于耐热的芳烃基聚合物的氢离子传导性聚合物(例如，聚苯乙烯、聚苯并咪唑、聚醚砜和聚醚醚酮)。在一些实施例中，膜包括烃类磺化聚酰亚胺(PI)膜、聚醚醚酮(PEEK)膜、磺化聚醚砜(PES)膜、磺化聚苯并咪唑膜、作为复合膜的Premier膜和/或聚四氟乙烯/聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-接枝-聚苯乙烯的共聚物(PTFE/PVDF-HFP-g-PS)膜。
现在将描述燃料电池组的普通的MEA-隔膜堆叠结构。参照图1，普通的燃料电池组包括多个膜电极组(MEA)和隔膜5，其中，膜电极组包括电解质膜1、阳极2、阴极3。电解质膜1置于阳极2和阴极3之间。隔膜5置于膜电极组(MEA)之间。
虽然在图1中只示出了两个MEA，但是在普通的实施例中，多个MEA 1、2、3和隔膜5交替地堆叠，并且在燃料电池组的两端设置有隔膜5a、5b和端板6a、6b。隔膜5、5a、5b具有通道a1、a2，燃料和氧化剂通过所述通道a1、a2流动。
如附图中所示，通过使阳极2和阴极3附着到聚合物电解质膜1的相对侧来形成MEA。通常每个阳极2均包括金属催化剂层2a和扩散层2b，通常每个阴极3均包括金属催化剂层3a和扩散层3b。
通过在预定的压力下将端板6a、6b与连接构件7固定，并使端板6a、6b布置在堆叠结构的每一端，并且在端板6a、6b之间交替地堆叠MEA1、2、3、垫圈4和隔膜5、5a、5b，从而完成燃料电池组。
根据图2A至图2C的实施例的燃料电池组包括堆叠的氟类MEA和烃类MEA。虽然在图2A至图2C中只示出了MEA，但是在MEA之间设置有隔膜，如图1所示。
有各种用于堆叠两种MEA的方法，下面有几种示例性方法。可以是图2A的第一种方法，在该方法中，在燃料电池组的两端布置一个或几个氟类MEA的叠层，在燃料电池组的中间布置烃类MEA的叠层。如上面所讨论的，氟类MEA的实施例表现出期望的温度特性，而烃类MEA表现出低窜透。在图2B和图2C示出的第二种方法中，在燃料电池组中交替地布置预定数量的氟类MEA和烃类MEA。
在第二种方法的一些实施例中，优选地，氟类MEA位于燃料电池组的两端，因而能够如图2B中所示交替地堆叠一个氟类MEA和一个烃类MEA，或者能够如图2C中一样交替地堆叠一个氟类MEA和一组(两个)烃类MEA。在后一种情况下，优点在于烃类MEA位于氟类MEA的两侧，从而确保了燃料电池的工作温度，同时将表现出低窜透的烃类MEA与氟类MEA的比提高到2∶1。本领域的技术人员应该明白在其它实施例中使用氟类MEA和烃类MEA的其它堆叠布置。
如图1所示，向氟类MEA和烃类MEA的阳极供应燃料，向氟类MEA和烃类MEA的阴极供应空气(氧)。在燃料电池工作的最初开始阶段，在氟类MEA中产生足够的电，在氟类MEA中，通过燃料和氧化剂之间的放热反应产生热；然而，在最初阶段未达到足够的反应温度的烃类MEA中并未产生电。然而，烃类MEA通过最近的氟类MEA产生的热而迅速达到期望的反应温度，从而从那一时刻开始在烃类MEA中产生足够的电。
对于根据本实施例的燃料电池的效率，因为通常表现出高甲醇窜透的氟类MEA与烃类MEA的比减小，所以与只包括氟类MEA的电池组的实施例相比，甲醇窜透明显减小。而且，为了使甲醇窜透最小化，优选地，减少燃料电池组中的氟类MEA的数量或使燃料电池组中的氟类MEA的数量最小化，并增大氟类MEA的膜的厚度。在示出的实施例中，由于氟类MEA的数量较少，所以燃料电池组的整体厚度并没有增大得太多。
可使用具有选自于由磺酸自由基、羧酸自由基、磷酸自由基、膦酸自由基和它们的衍生物组成的组中的正离子交换基团的任何一种适合的聚合物树脂作为具有氢离子传导性的正离子交换树脂。
适合的具有氢离子传导性的正离子交换树脂的代表性示例包括选自于由以下物质组成的组中的至少一种氢离子传导性聚合物：氟类聚合物、聚苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物、聚苯基喹喔啉类聚合物等。一些优选的实施例包括氟类聚合物、聚苯并咪唑类聚合物和聚砜类聚合物中的至少一种。
适合的氟类聚合物的示例包括：分子式1的聚全氟磺酸，包括Nafion(E.I.Dupont de Nemours)、Aciplex(Asahi Kasei Chemical)、Flemion(AsahiGlass)和Fumion(Fumatech)；分子式2的氟碳乙烯基醚；和/或分子式3的氟代乙烯基醚(fluorovinyl ether)。或者，能够使用在第4,330,654、4,358,545、4,417,969、4,610,762、4,433,082、5,094,995、5,596,676和/或4,940,525号美国专利中描述的聚合物。
分子式1
在分子式1中，X为H、Li、Na、K、Cs、四丁基铵和/或NR1R2R3R4，其中，R1、R2、R3和R4是独立的H、CH3或C2H5；m大于等于1；n大于等于2；x为大约3.5至大约5；y大于等于大约1000。
MSO2CFRfCF2O[CFYCF2O]nCF＝CF2
分子式2
在分子式2中，Rf为氟或从大约C1至大约C10的全氟烷基自由基；Y为氟或三氟代甲基自由基；n为大约1至大约3的整数；M为氟、羟基自由基、氨基自由基或-OMe，其中，Me选自于由碱金属自由基和季铵自由基组成的组。
Figure S2008100096795D00082
分子式3
在分子式3中，k为0或1；l为大约3至大约5的整数。
具有分子式1的结构的Nafion聚全氟磺酸的实施例具有在链的端部为磺酸自由基的胶束结构(micelle structure)，并提供用于氢离子移动的通道，具有普通的水溶液酸的性质。在Nafion用作全氟磺酸正离子交换树脂的情况下，可以在离子交换侧链端部(-SO3X)用诸如氢、钠、钾、铯和/或四丁基铵的一价离子来取代X。
聚苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物和聚苯基喹喔啉类聚合物的具体示例包括聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜、聚砜衍生物、磺化-聚醚醚酮(s-PEEK)、聚苯醚、聚苯硫醚、聚磷腈等。
此外，能够使用这样一种电解质，在该电解质中，聚苯乙烯磺酸聚合物被接枝到诸如乙烯、丙烯、氟化乙烯、乙烯/四氟乙烯等单体。
具有氢离子传导性的正离子交换树脂可以根据当量来控制氢离子传导性。同时，通过聚合物主链中的碳和正离子交换基团的数量来确定“离子交换树脂的离子交换比”，在一些实施例中，优选地，离子交换树脂的离子交换比为大约3至大约33，该值对应于大约700至大约2000的当量(EW)。
电解质膜的厚度可以为大约5μm至大约500μm，优选地为大约10μm至大约200μm。甲醇燃料的浓度可以为至少大约0.01M，更加优选地为大约0.2M至大约10M。
图3示出了包括上述燃料电池组的实施例的燃料电池系统的实施例。示出的系统向燃料电池组直接供应浓度相对高的燃料，并将阴极排放物排到空气中，因而与具有用于压缩阴极排放物的压缩机和燃料混合箱的直接甲醇燃料电池系统的体积相比，体积明显减小。
燃料电池系统包括：燃料电池组110，通过氢和氧之间的电化学反应产生电能；燃料箱120，存储供应到燃料电池组中的燃料；功率传输接口160，用于将燃料电池组110中产生的电能传输到外部负载，其中，该燃料电池系统具有这样一种结构，在该结构中，堆叠具有阳极和阴极的第一特性的MEA(例如，氟类MEA)与具有阳极和阴极的第二特性的MEA(例如，烃类MEA)。
根据该实施例，燃料电池系统还可包括燃料泵140和/或鼓风装置150，其中，燃料泵140将存储在燃料箱120中的燃料进料到燃料电池组110的阳极，鼓风装置150用于将外部空气吹到燃料电池组110中。这里，优选地，燃料泵140为诸如隔膜泵的微型泵，以减小系统的体积。同时，鼓风装置150可以具体化为空气泵或鼓风扇。
在燃料箱120中，由于燃料电池组的MEA使用适量的水来实现期望的离子传导性，所以在燃料箱120中存储略微稀释的甲醇(不是100％的甲醇)。
功率传输接口160使在燃料电池组110中产生的功率稳定，和/或转变电流/电压并将电流/电压传输到外部负载200，功率传输接口160可包括用于防止向外部负载200施加高电压的DC-DC功率整流器或DC-AC功率整流器。
燃料电池系统还可包括：二次电池180，用于存储燃料电池组110中产生的电能；驱动控制器170，用于根据发电状态来控制燃料泵140和/或鼓风装置150。这里，可以由功率传输接口160和/或二次电池180来供应用于驱动控制器170、燃料泵140和/或鼓风装置150的电功率。
燃料电池组110具有包括交替地堆叠氟类MEA和烃类MEA的结构，因此，即使由燃料箱120供应的燃料具有相对高的浓度，也迅速地达到燃料电池反应温度，并且发电效率高。
图4是示出了三种燃料电池组的测试结果的曲线图，其中，一种燃料电池组具有交替堆叠的结构，而另外两种燃料电池组没有交替堆叠的结构。在图4中，第一电池组A只包括氟类MEA，第二电池组B只包括烃类MEA，第三电池组C包括如图2C所示的氟类MEA和烃类MEA。在供应到每种电池组的甲醇燃料的化学计量为3的条件下，对这三种电池组进行操作。这里，甲醇为1摩尔的甲醇溶液。然后，在大约65℃的工作温度下测量这三种电池组中的每种的电流和电压。
如图4所示，在低于大约100mA/cm2的范围内，第一电池组A的电压低于第二电池组B的电压。认为当电池组的输出电流小时，第一电池组A中使用的膜的燃料窜透大于第二电池组B中使用的膜的燃料窜透。此外，由于燃料窜透较大，导致第一电池组A的法拉第效率(faradic efficiency)低于第二电池组B的法拉第效率。法拉第效率是指一摩尔的甲醇燃料的燃料利用的效率。在测试结果中，电池组A、B和C的法拉第效率分别为大约71％、85％和82％。根据本实施例的第三电池组C的法拉第效率接近于具有最大法拉第效率的第二电池组B的法拉第效率。
第一电池组A在大约8.45V输出大约170mA/cm2的电流密度，第二电池组B在大约8.45V输出大约110mA/cm2的电流密度，第三电池组C在大约8.45V输出大约180mA/cm2的电流密度。这里，8.45V是实验中使用的电池组的一般工作电压。可根据电池组中使用的MEA的数量来改变电压。根据测试结果，在输出电流密度不超过100mA/cm2的一般工作范围内，第三电池组C的工作电压高。第三电池组C的电流-电压特性在输出电流密度大于100mA/cm2的工作范围内也是良好的。
此外，第一电池组A和第二电池组B具有由于电池组A和B内部的质量传递损失而造成在大约200mA/cm2处电压突然下降的点，而第三电池组C没有下降这么多。因此，与电池组A和B相比，第三电池组C表现得在操作上更加容易控制并表现出更好的稳定性。
通过实现上述的燃料电池组和具有该燃料电池组的燃料电池系统，当使每个MEA的各自的特性相协调时，能够改善燃料电池组的性能。
详细地讲，通过实现氟类MEA和烃类MEA交替地堆叠的燃料电池组，能够以低成本有效地减少或防止燃料的窜透，并实现适用于燃料电池反应的温度。
由于电解质膜可以为单层，所以能够实现上述优点中的一个或多个而没有增大电池组的体积。
此外，通过省略压缩机和混合箱，能够减少燃料电池系统的体积或使其体积最小化。
尽管已经具体地示出和描述了特定实施例，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，在此可以在形式上和细节上做出各种改变。

Claims (20)

1、一种燃料电池组，包括多个膜电极组，多个膜电极组与置于相邻的膜电极组之间的隔膜堆叠在一起，其中，所述多个膜电极组包括：
至少一个第一特性的膜电极组，包括阳极和阴极；
至少一个第二特性的膜电极组，包括阳极和阴极。
2、如权利要求1所述的燃料电池组，其中，第一特性的膜电极组包括烃类膜电极组，第二特性的膜电极组包括氟类膜电极组。
3、如权利要求2所述的燃料电池组，其中，交替地堆叠预定数量的烃类膜电极组和预定数量的氟类膜电极组。
4、如权利要求3所述的燃料电池组，其中，至少一个氟类膜电极组置于两个烃类膜电极组之间，在燃料电池组的每个端部设置氟类膜电极组。
5、如权利要求2所述的燃料电池组，其中，氟类膜电极组位于燃料电池组的每个端部，烃类膜电极组位于燃料电池组的中间。
6、如权利要求3所述的燃料电池组，其中，燃料电池组包括至少一组连续的氟类膜电极组和至少一组连续的烃类膜电极组。
7、如权利要求2所述的燃料电池组，其中，氟类膜电极组包括含有聚全氟磺酸、氟碳乙烯基醚和氟代乙烯基醚中的至少一种的膜。
8、如权利要求2所述的燃料电池组，其中，烃类膜电极组包括含有下列物质中的至少一种的膜：聚苯乙烯、聚苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物、聚苯基喹喔啉类聚合物、磺化聚醚砜、磺化聚酰亚胺和聚四氟乙烯/聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-接枝-聚苯乙烯的共聚物。
9、如权利要求8所述的燃料电池组，其中，烃类膜电极组包括含有下列物质中的至少一种的膜：聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜、聚砜衍生物、磺化-聚醚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚磷腈、磺化聚醚砜、磺化聚酰亚胺和聚四氟乙烯/聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-接枝-聚苯乙烯的共聚物。
10、一种燃料电池系统，包括：
如权利要求1所述的燃料电池组；
燃料箱，流体地连接到燃料电池组，被构造成用于存储供应到燃料电池组的燃料；
功率传输接口，电连接到燃料电池组，被构造为用于将由燃料电池组产生的电能传输到外部负载。
11、如权利要求10所述的燃料电池系统，其中，燃料电池组被构造成将阴极处产生的排放物排到周围环境中。
12、如权利要求10所述的燃料电池系统，还包括流体地连接燃料箱和燃料电池组的燃料泵，所述燃料泵被构造为用于将存储在燃料箱中的燃料进料到燃料电池组中。
13、如权利要求10所述的燃料电池系统，其中，第一特性的膜电极组为烃类膜电极组，第二特性的膜电极组为氟类膜电极组。
14、如权利要求13所述的燃料电池系统，其中，交替地堆叠预定数量的烃类膜电极组和预定数量的氟类膜电极组。
15、如权利要求14所述的燃料电池系统，其中，至少一个氟类膜电极组置于两个烃类膜电极组之间，在燃料电池组的每个端部设置氟类膜电极组。
16、如权利要求13所述的燃料电池系统，其中，氟类膜电极组位于燃料电池组的每个端部，烃类膜电极组位于燃料电池组的中间。
17、如权利要求14所述的燃料电池系统，其中，燃料电池组包括至少一组连续的氟类膜电极组和至少一组连续的烃类膜电极组。
18、如权利要求13所述的燃料电池系统，其中，氟类膜电极组包括含有聚全氟磺酸、氟碳乙烯基醚和氟代乙烯基醚中的至少一种的膜。
19、如权利要求13所述的燃料电池系统，其中，烃类膜电极组包括含有下列物质中的至少一种的膜：聚苯乙烯、聚苯并咪唑类聚合物、聚酰亚胺类聚合物、聚醚酰亚胺类聚合物、聚苯硫醚类聚合物、聚砜类聚合物、聚醚砜类聚合物、聚醚酮类聚合物、聚醚醚酮类聚合物、聚苯基喹喔啉类聚合物、磺化聚醚砜、磺化聚酰亚胺和聚四氟乙烯/聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-接枝-聚苯乙烯的共聚物。
20、如权利要求19所述的燃料电池系统，其中，烃类膜电极组包括含有下列物质中的至少一种的膜：聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚砜、聚砜衍生物、磺化-聚醚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚磷腈、磺化聚醚砜、磺化聚酰亚胺和聚四氟乙烯/聚偏二氟乙烯-六氟丙烯-接枝-聚苯乙烯的共聚物。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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