CN101512819B - 燃料电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了MEA和包括这种MEA的燃料电池，其中所述MEA包括：(i)具有第一面和第二面的中心第一传导性气体扩散基材；(ii)第一和第二催化剂层，每一催化剂层均具有第一和第二面，其中第一催化剂层的第一面与所述气体扩散基材的第一面接触，且第二催化剂层的第一面与所述气体扩散基材的第二面接触；(iii)第一和第二电解质层，每一电解质层均具有第一和第二面，其中第一电解质层的第一面与所述第一催化剂层的第二面接触，且第二电解质层的第一面与所述第二催化剂层的第二面接触；(iv)第三和第四催化剂层，每一催化剂层均具有第一和第二面，其中第三催化剂层的第一面与所述第一电解质层的第二面接触，且第四催化剂层的第一面与所述第二电解质层的第二面接触；以及(v)第一和第二多孔集电流装置，每一装置均具有低于400μm的厚度，且均具有第一和第二面，其中第一集电流装置的第一面与所述第一催化剂层的第二面接触，且第二集电流装置的第一面与所述第四催化剂层的第二面接触。

Description

燃料电池组件
本发明涉及用于燃料电池中的组件(assembly)，并且更具体地，涉及具有独特构造的膜电极组件(membrane electrode assembly)。
燃料电池是包括两个被电解质分隔开的催化电极(catalysedelectrode)的电化学电池。将燃料特别是氢(包括含氢的“重整产物”)或者甲醇供给阳极(anode)，而诸如氧气或空气的氧化剂则供给阴极(cathode)。在电极处发生电化学反应，燃料和氧化剂的化学能转化为电能和热。燃料电池是清洁高效的动力源，并且可以替代传统的动力源，例如固定和机动车应用中的内燃机(包括燃气轮机)或便携式用电设备中的储能电池组(energy storage battery)。目前，市场上燃料电池堆的第一大应用是作为高端船只(high-end boat)和休闲交通工具的辅助动力源。对燃料电池的广泛研究仍在继续，并且用燃料电池作为电池替代物在膝上电脑、移动电话和类似的小型电子装置上提供更高能量密度的动力源仍在讨论中。
燃料电池的基本类型是聚合物电介质膜(PEM)电池。在这种电池中，电解质是电绝缘但具有离子传导性的固体聚合物膜。虽然正在研究许多其他类型的膜，但是通常使用基于全氟磺酸材料的质子传导膜。阳极处产生的质子跨膜传输到阴极，在该处它们与氧结合产生水。
PEM燃料电池的主要部件是膜电极组件(MEA)，而目前水平的MEA具有5层。中心层是聚合物膜，该膜的任一侧上为电催化剂层，且根据阳极和阴极的不同要求对所述电催化剂层进行定制。最后，邻近每一催化剂层的是气体扩散基材(substrate)。该气体扩散基材必须允许反应物到达所述电催化剂层，并且也必须传导电化学反应产生的电流。因此，所述基材必须是多孔且导电的。这些部件结合并密封在一起形成MEA，其与分布燃料和氧化剂气体并除水的刚性流场板(flow field plate)一起构成完整的电池。多个包括MEA及其相关流场板的电池组装在一起形成燃料电池堆(fuel cell stack)。
所述MEA可通过本领域公知的多种方法进行组装。可将电催化剂(“催化剂”)层施加到气体扩散基材，以形成气体扩散电极。在膜两侧上放置两个这种电极并层压在一起。另一种方法是在膜的两侧上涂覆两种催化剂以形成催化剂涂覆的膜(CCM)，对该催化剂涂覆膜的两面上施加气体扩散基材，随后层压。再一种方法是组合方法，使用具有气体扩散基材的一侧催化剂涂覆的膜，并且在所述膜的另一侧上具有气体扩散电极。
尽管在MEA和燃料电池上有了常规进展，但是仍然需要如下替换性的构造：其提供进一步的效率，并且也满足进一步降低燃料电池堆成本和/或尺寸的需要。
本发明了提供了MEA，包括：
(i)具有第一面和第二面的中心第一传导性(conductive)气体扩散基材；
(ii)第一和第二催化剂层，每一催化剂层均具有第一和第二面，其中第一催化剂层的第一面与所述气体扩散基材的所述第一面接触，且所述第二催化剂层的所述第一面与所述气体扩散基材的所述第二面接触；
(iii)第一和第二电解质层，每一电解质层均具有第一和第二面，其中第一电解质层的第一面与所述第一催化剂层的第二面接触，且第二电解质层的第一面与所述第二催化剂层的第二面接触；
(iv)第三和第四催化剂层，每一催化剂层均具有第一和第二面，其中第三催化剂层的第一面与所述第一电解质层的第二面接触，且第四催化剂层的第一面与所述第二电解质层的第二面接触；以及
(v)第一和第二多孔集电流装置，每一装置均具有低于400μm的厚度，且均具有第一和第二面，其中第一集电流装置的第一面与所述第一催化剂层的第二面接触，且第二集电流装置的第一面与所述第四催化剂层的第二面接触。
能够很容易看出这种MEA相当于一对常规MEA，但是部件更少。
在设计上，所述中心气体扩散基材既可以是平面的(planar)也可以是管状的。图1显示了平面结构的例子，而图2是管状结构的例子。在两幅图中，(1)为中心气体扩散基材。中心气体扩散基材的每一面都施加有催化剂涂覆的膜(2)。该催化剂涂覆的膜由第一和第二电解质(3)、第一和第二催化剂层(4)和第三和第四催化剂层(5)构成。对每一催化剂层(5)施加集电流装置(6)。
在一实施方案中，所述中心气体扩散基材是多孔传导性的碳结构。该结构可配备有或适配到用于将气体导向所述基材的歧管(manifold)装置，并沿着侧边、或沿着侧边和远离气体输入点的底边进行密封，以防止气体或液体损失并迫使气体或液体穿过所述基材到达催化剂层。这类气体扩散基材本身是公知的由织造或非织造传导性纤维生产的刚性或非刚性碳(或其他传导性多孔材料)板，或者其他传导性多孔结构，并且可以基于碳纸(如可从日本Toray Industries获得的Toray
Figure G2007800336148D00031
纸，或者可从日本Mitsubishi Rayon获得的U105或U107纸)、织造碳布(如可从日本Mitsubishi Chemicals获得的MK系列碳布)或非织造碳纤维网幅(如可从E-TEK Inc，USA获得的ELAT系列非织造基材；可从德国FreudenbergFCCT KG获得的H2315系列；或者可从德国SGL Technologies GmbH获得的Sigracet系列)。通常用颗粒材料对所述碳纸、布或网幅进行改性，这些颗粒材料或者嵌入所述基材内或涂覆到平面上，或者两者均有。所述颗粒材料通常是炭黑和诸如聚四氟乙烯(PTFE)的聚合物的混合物。适宜地，所述气体扩散基材的厚度介于100到300μm。在某些情况下，在所述气体扩散基材的与所述催化剂层接触的面上可以有诸如炭黑和PTFE的颗粒材料层。此外，可以想到令人满意的结构，例如包围用于促进气体输送的通道的多孔碳基质，所述通道例如碳基质中的碳管。这类管可类似于WO02/15308中公开的那些，或者可一直扩展到碳纳米管，只要气体流动特性符合MEA的要求即可。另一实施方案可引入由碳颗粒或石墨颗粒构成的刚性多孔碳板，其可具有或不具有一体式的气体供应通道。这些材料类似于多孔陶瓷挤出过滤器，例如在用于处理柴油机废气的柴油颗粒过滤器中使用的那些。
可替换地，所述中心气体扩散基材是在基材的两面上均具有一个或多个沟槽的金属或石墨基材。所述沟槽(groove)使得能输送和分布气体或液体，并且通常称为流场沟槽(flow field groove)。可替换地，所述流场沟槽可横贯(traverse)所述基材的厚度。
可替换地，所述中心气体扩散基材包括至少两个其中形成有凹陷(recess)的多孔导电层，更具体地如US2007/0054175所述。所述凹陷以图案形式分布，并且当所述层合并时，所述凹陷至少部分重叠并形成用于气体或液体分布的通道结构。
所述MEA结构的剩余部分基本上是常规部件，或者常规部件的变型。
在一种实施方案中，所述第一和第二催化剂层是相同的，并且适宜地充当阳极催化剂层，而所述第三和第四催化剂层是相同的，并且充当阴极催化剂层。可选择地，所述第一和第二催化剂层充当阴极催化剂层，而所述第三和第四催化剂层充当阳极层。
所述催化剂层包括电催化剂，其可以是精细粉碎的金属粉末(金属黑(metal black))，或者可以是负载的催化剂，其中细金属颗粒分散在导电颗粒碳载体上。适宜地，所述电催化剂金属选自：
(i)铂系金属(铂、钯、铑、钌、铱和锇)，
(ii)金或银，
(iii)贱金属(base metal)，
或者包括这些金属或其氧化物中的一种或多种的合金或混合物。优选的电催化剂金属是铂，其可与诸如钌的其他贵金属或诸如钼或钨的贱金属形成合金。如果所述电催化剂是负载的催化剂，适宜地，碳载体材料上金属颗粒的负载量为10-100wt％，优选15-75wt％。
适宜地，所述电催化剂层包括其他组分，如离子传导聚合物，包括该离子传导聚合物来增强所述层内的离子传导性。为了将所述层结合入所述膜电极组件内，所述层可形成在所述气体扩散基材上(从而形成气体扩散电极)，或者所述层可直接形成在所述电解质膜上(从而形成催化剂涂覆的膜)。适宜地，如例如EP 0 731 520中所述来形成电催化剂油墨(ink)，随后通过本领域技术人员公知的方法将该电催化剂油墨施加到所述膜或气体扩散基材上，这些方法例如丝网印刷、喷墨印刷、辊压、过滤真空沉积、喷雾沉积、浇注、挤出等等。
所述电解质可以是任何离子传导性电解质，例如本领域公知的任何类型的离子传导膜。在现有技术的膜电极组件中，所述膜通常基于全氟化磺酸材料，如Nafion
Figure G2007800336148D00041
(DuPont)，Flemion
Figure G2007800336148D00042
(Asahi Glass)和Aciplex
Figure G2007800336148D00043
(Asahi Kasei)。所述膜可以是含有质子传导材料和其他赋予各种特性如机械强度的材料的复合膜。例如，所述膜可包括质子传导膜和氧化硅纤维基质，如EP 0 875 524中所述，或者所述膜可包括膨胀的(expanded)PTFE基材。适宜地，所述膜厚度低于200μm，优选低于50μm。
电流合意地取自每一所述集电流装置的第二面或者边，但也可从所述中心第一传导性气体扩散基材的边取出，并且发明人相信这最小化了本发明MEA体系中的电阻损失。
所述多孔集电流装置小于400μm，并且可以是导电金属线的阵列、栅格或网格，或者可以是金属或传导性非金属泡沫。可替换地，所述集电流装置可以是由织造或非织造传导性纤维制成的常规气体扩散基材，或者其他传导性多孔结构且如上更具体所述。只需要所述集电流装置能有效地输送电流，并允许燃料或优选地氧化剂流动到所述第二催化剂层。
所选的具体部件对本发明而言并不关键，并且本领域技术人员能够容易根据他的具体需要选择适合的部件。
优选的构造方法包括使用催化剂涂覆的膜或气体扩散电极。然而，本领域技术人员也可使用其他方法。
本发明的主要优点是其可以从比两个独立的常规MEA更薄的构造中获得两个MEA的输出，该构造省略了一个气体扩散层和两个流场板，使电池质量和体积有显著百分比的降低。
本发明的新型MEA结构(无论平面还是管状)使得能够构造相比现有构造重量和体积更小的燃料电池，这对于开发用于便携应用的更小型燃料电池系统极为有利。在平面MEA的情况下，其可以是方形或矩形，或者可以是圆盘形或适合所述应用的任何其他形状。结合本发明MEA的燃料电池甚至可以是柔性的，可以承受对所有部件的令人满意的工程化。这类燃料电池的操作可以是被动的(依赖重力和自然对流来使燃料和空气循环)或半被动的(使用低耗能风扇来帮助燃料和空气循环)，这进一步简化其作为动力源的应用。操作期间产生的水可使用阀和吹扫(purge)装置去除，或者通过反向扩散来再循环到燃料电极，或者循环到燃料进料对其进行增湿。这类燃料电池在水中可以是自给自足(self-sufficient)的。
优选使用氢气或液态烃燃料，例如甲醇、乙醇或者硼氢化钠水溶液氢作为燃料。优选地，使用空气作为氧化剂。
虽然，单个本发明的MEA可以形成具有高电流密度和相应能量密度的燃料电池，但是可能合意的是形成电池堆。该电池堆可包括燃料电池的基本平面阵列，或者可由以常规方式结合在一起的多个MEA形成小电池堆，或者本领域技术人员公知的任何其他配置。实际的电池堆构造取决于所需电压和其他要求。如本领域公知地，可使用一个或多个转换器(converter)或电压分档器(voltage steppers)来为任何具体应用提供所需的电压和电流。
预期结合本发明MEA的燃料电池的第一种用途是在作为电池组(battery)的替代供电装置中，例如在小型电脑(膝上电脑、笔记本电脑、PDA)、个人通信如移动电话(手机)和收音机、个人娱乐装置等等中，但是本领域技术人员也可预期许多其他用途。相信本发明为燃料电池设计师和工程师提供了更多有用的选择来满足耗电装置的要求，并且我们不希望被限制为任何具体的设计。
现在仅进一步通过示例方式对本发明进行说明，其并不意味着对本发明进行限制。
所述MEA的具有气体流动通道的中心传导性气体分布部件由具有900μm典型厚度的多孔碳整料(monoliths)制成，并且如图3所示。通过将粉末酚醛树脂膏团挤出通过单层模头制得所述整料。将“绿色”整料在CO2气氛下于800℃碳化，随后在氦气氛下进行高温(1500℃)热处理。
由三片整料(每片约1.4cm ×5.5cm)制成整料组件(monolithassembly)。将所述整料并排放置、彼此平行，并且边沿与边沿使用负载银的环氧树脂电连接，以形成约4.2×5.5×0.09cm的结构。在所述整料之间、所述负载银的环氧树脂内设置铜线，以形成用于阳极的电接触(electrical contacts)。
实验中使用的膜是Asahi Glass(日本)提供的SH-30。将含有碳载Pt和离聚物的水性催化剂油墨在150℃涂覆到PTFE上并转移到所述膜的两侧，从而形成催化剂涂覆的膜(CCM)结构。这些实验中的Pt负载量介于0.45到0.65mg/cm2。在阳极和阴极上使用相同的催化剂。使用具有疏水微孔层(含有离聚物、碳和PTFE)的Toray
Figure G2007800336148D00061
TGP-H-60碳纸作为外侧阴极面上的气体扩散层基材。
在所述整料组件的每一侧上均放置一个CCM。在90℃，在所述CCM的两侧上均结合具有3cm×3cm开口的如WO2006/032894中所述的热塑性边沿保护材料(H2不可渗透)。随后在150℃在所述整料组件的每一侧热压一个阴极基材和CCM。将所述CCM-整料组件置于测试电池中，并用具有供空气自由访问的开放区域的石墨框架加压。所述阴极是充分透气的，即未使用外部吹风机。至所述阴极的电接触贯穿所述石墨框架形成，并在其中接触所述碳纸。
对于该实际的实验，所述整料通道在一端阻塞(终端不通的)，并且由市售的金属氢化物储氢装置(Udomi，德国)向另一端供应氢气。图4显示了极化曲线以及相应的能量密度曲线。

Claims (8)

1.MEA，包括：
(i)具有第一面和第二面的中心第一传导性气体扩散基材，其中所述中心第一传导性气体扩散基材是多孔传导性碳结构，所述多孔传导性碳结构是刚性或非刚性的纤维状或颗粒状的碳部件；
(ii)第一和第二催化剂层，每一催化剂层均具有第一和第二面，其中第一催化剂层的第一面与所述气体扩散基材的第一面接触，且第二催化剂层的第一面与所述气体扩散基材的第二面接触；
(iii)第一和第二电解质层，每一电解质层均具有第一和第二面，其中第一电解质层的第一面与所述第一催化剂层的第二面接触，且第二电解质层的第一面与所述第二催化剂层的第二面接触；
(iv)第三和第四催化剂层，每一催化剂层均具有第一和第二面，其中第三催化剂层的第一面与所述第一电解质层的第二面接触，且第四催化剂层的第一面与所述第二电解质层的第二面接触；以及
(v)第一和第二多孔集电流装置，每一装置均具有低于400μm的厚度，且均具有第一和第二面，其中第一集电流装置的第一面与所述第三催化剂层的第二面接触，且第二集电流装置的第一面与所述第四催化剂层的第二面接触；
其中a)所述第一和第二催化剂层均为阳极催化剂层和所述第三和第四催化剂层均为阴极催化剂层，或b)所述第一和第二催化剂层均为阴极催化剂层和所述第三和第四催化剂层均为阳极催化剂层。
2.根据权利要求1所述的MEA，其中所述中心第一传导性气体扩散基材是平面的。
3.根据权利要求1所述的MEA，其中所述中心第一传导性气体扩散基材是管状的。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的MEA，其中所述集电流装置是传导性金属线的阵列、栅格或网格，或者是金属或传导性非金属泡沫。
5.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的MEA，其中所述集电流装置是常规气体扩散基材。
6.燃料电池，其结合了一个或多个任一前述权利要求所述的MEA。
7.根据权利要求6所述的燃料电池，以氢气作为燃料运行。
8.根据权利要求6所述的燃料电池，用甲醇或硼氢化钠溶液运行。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0711882D0 (en) 2007-06-20 2007-07-25 Johnson Matthey Plc Catalyst layer
AU2012382382A1 (en) 2012-06-12 2015-01-15 Aquahydrex Pty Ltd Breathable electrode and method for use in water splitting
CN104583459B (zh) * 2012-06-12 2018-03-16 奥克海德莱克斯控股有限公司 气体可渗透的电极和电化学电池
AU2014295916A1 (en) 2013-07-31 2016-02-11 Aquahydrex Pty Ltd Electro-synthetic or electro-energy cell with gas diffusion electrode(s)
EP3385644A1 (en) * 2015-03-09 2018-10-10 Johnson IP Holding, LLC Thermo-electrochemical convertor with integrated energy storage
CN109891304B (zh) 2017-09-29 2021-12-07 豪雅镜片泰国有限公司 眼镜镜片及眼镜
KR102189656B1 (ko) 2017-09-29 2020-12-14 호야 렌즈 타일랜드 리미티드 안경 렌즈 및 안경
EP3918112A4 (en) 2019-02-01 2022-10-26 Aquahydrex, Inc. CONTAINED ELECTROLYTE ELECTROCHEMICAL SYSTEM
CN114628771B (zh) * 2020-12-10 2023-07-07 北京好风光储能技术有限公司 一种卷绕式电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5432023A (en) * 1992-04-01 1995-07-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell
US6054228A (en) * 1996-06-06 2000-04-25 Lynntech, Inc. Fuel cell system for low pressure operation

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05144444A (ja) * 1991-11-25 1993-06-11 Toshiba Corp 燃料電池およびそれに用いる電極の製造方法
US5800938A (en) * 1992-09-22 1998-09-01 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Sandwich-type solid polymer electrolyte fuel cell
JPH0850914A (ja) * 1994-08-08 1996-02-20 Fujikura Ltd 円筒積層型燃料電池
GB9504713D0 (en) 1995-03-09 1995-04-26 Johnson Matthey Plc Improved electrocatalytic material
US5945231A (en) * 1996-03-26 1999-08-31 California Institute Of Technology Direct liquid-feed fuel cell with membrane electrolyte and manufacturing thereof
WO1997047052A1 (en) * 1996-06-05 1997-12-11 Southwest Research Institute Cylindrical proton exchange membrane fuel cells and methods of making same
US5858569A (en) * 1997-03-21 1999-01-12 Plug Power L.L.C. Low cost fuel cell stack design
GB9708365D0 (en) 1997-04-25 1997-06-18 Johnson Matthey Plc Proton conducting membranes
US5922486A (en) * 1997-05-29 1999-07-13 The Dow Chemical Company Cosintering of multilayer stacks of solid oxide fuel cells
US7098163B2 (en) * 1998-08-27 2006-08-29 Cabot Corporation Method of producing membrane electrode assemblies for use in proton exchange membrane and direct methanol fuel cells
GB0020051D0 (en) 2000-08-16 2000-10-04 Mat & Separations Tech Int Ltd Improved fuel cell structure
US7081317B2 (en) * 2001-03-29 2006-07-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte thin film fuel cell and method of operating the same
US6756150B2 (en) * 2002-04-08 2004-06-29 Plug Power Inc. Fuel cell having a non-electrolytic layer
KR100450820B1 (ko) * 2002-04-23 2004-10-01 삼성에스디아이 주식회사 공기 호흡형 직접 메탄올 연료전지 셀팩
JP2003346867A (ja) * 2002-05-27 2003-12-05 Seiko Epson Corp 燃料電池及びその製造方法
EP1643573B1 (en) * 2003-06-24 2012-01-11 Asahi Glass Company, Limited Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell and method for producing same
US20050014056A1 (en) * 2003-07-14 2005-01-20 Umicore Ag & Co. Kg Membrane electrode unit for electrochemical equipment
JP2006528414A (ja) * 2003-07-22 2006-12-14 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 平面のフレーム付膜電極アセンブリアレイおよびそれを含む燃料電池を製造するためのプロセス
US20050079403A1 (en) 2003-09-10 2005-04-14 Hollingsworth & Vose Company Fuel cell gas diffusion layer
DE10342199B4 (de) 2003-09-13 2007-02-08 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer Gasdiffusionsschicht für eine Brennstoffzelle
US7157178B2 (en) * 2003-11-24 2007-01-02 General Motors Corporation Proton exchange membrane fuel cell
GB0421254D0 (en) 2004-09-24 2004-10-27 Johnson Matthey Plc Membrane electrode assembly
DE112006000121B4 (de) * 2005-02-04 2013-02-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffzelle hohler Bauart
CN100463260C (zh) * 2005-05-14 2009-02-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 气体扩散电极及其制造方法
JP4949655B2 (ja) * 2005-08-09 2012-06-13 株式会社日立製作所 燃料電池、燃料電池電源システム及びそれを用いた電子機器
DE502005004821D1 (de) * 2005-09-06 2008-09-04 Sgl Carbon Ag Elektroden für Brennstoffzellen
KR100659132B1 (ko) * 2006-02-07 2006-12-19 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 막전극 접합체, 그 제조방법 및 이를 채용한연료전지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5432023A (en) * 1992-04-01 1995-07-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell
US6054228A (en) * 1996-06-06 2000-04-25 Lynntech, Inc. Fuel cell system for low pressure operation

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