CN103594719B - 一种燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池，采用复合的阳极集流板结构，该结构集成了渗透蒸发结构，流场区，集流板和CO2管理通道，实现DMFC直接以高浓度甲醇为燃料高性能稳定运行，渗透蒸发结构实现了全被动式液体燃料的汽化，不需消耗额外的能量，集流板上的流场能够均匀分配气态燃料至电池的活性区域，多孔的导电集流板不仅传递燃料，还传导电子，CO2管理通道能及时排出反应产物CO2同时尽量降低气态燃料的损失。该结构有助于降低整个DMFC系统的体积，简化了系统，降低了成本，利于系统集成和实际应用。

Description

一种燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池，特别是涉及一种集成阳极集流板和渗透蒸发结构的燃料电池。
背景技术
燃料电池由于其高能量转化效率而成为热门的动力电源候选之一。而直接氧化燃料电池更适合用作便携式电子产品的移动电源(如手机、笔记本、手持式电子设备等)。特别是，直接以高浓度的液体燃料(如甲醇)为反应物，更能发挥燃料电池比能量高的优势，从而解决日新月异的便携式电子产品对高比能移动电源的迫切需求。
直接液体进样的燃料电池是一种固体聚合物燃料电池，至少以一种液体燃料为反应物。直接甲醇燃料电池就一种典型的直接液体进样的燃料电池。除了甲醇外，还可采用乙醇、二甲醚等碳氢化合物为燃料。
直接甲醇燃料电池与常规电池一样，通过电化学反应提供直流电。只要燃料持续不断的供应，燃料电池中的电化学反应会一直进行。负极(阳极)供给燃料，正极(阴极)供给空气。在放电时，甲醇在阳极氧化，产生质子、电子和二氧化碳，质子透过固体电解质膜到达阴极，和通过外电路达到的电子以及阴极的空气发生还原反应，整个系统简单高效。请参阅图1，显示为现有技术中典型的气态进料的燃料电池系统，如图所示，包括储存有高浓度的甲醇溶液的燃料池11，设置在该燃料池11底面的支撑板12，渗透蒸发膜13，阳极集流板15，位于该渗透蒸发膜与阳极集流板之间的汽化腔14，膜电极组件(MEA)16，以及阴极集流板17。所述燃料池11中的高浓度的甲醇溶液(未图示)，经渗透蒸发膜13后，在汽化腔14里变为气态，然后经过穿孔的阳极集流板15，到达膜电极组件16的阳极扩散层(未标示)，最后达到阳极催化层(未标示)，发生电化学氧化反应，产生CO2，质子和电子。质子透过固体聚合物电解质膜到达阴极集流板17，与通过外电路到达的电子以及阴极的空气发生氧还原反应，生成水。在高增水的阴极微孔层的作用下，经质子交换膜反扩散至阳极催化层，满足甲醇氧化反应的需要。
但是到目前为止，还存在两个障碍阻止DMFC(DirectMethanolFuelCell，直接甲醇燃料电池)大规模商业化应用。一个是甲醇氧化的电催化剂的活性低；另一个是甲醇渗透问题，即甲醇透过质子交换膜到达阴极被氧化产生混合电位，大幅降低电池输出电压，同时也降低了燃料的利用率。为了减少甲醇渗透的负面影响，常用的方法是采用低浓度甲醇水溶液为燃料(例如，浓度在2M以下)，但不可避免的是，稀释的甲醇溶液会降低甲醇电化学氧化反应的反应速率和牺牲整个系统的能量密度。这导致DMFC不能发挥其能量密度高的优势。
有些专利和文章通过修饰电解质膜解决甲醇渗透的问题。或者修饰工业标准的Nafion膜，或者开发新型的阻醇膜，尽管已取得了很大进展，但膜的其他电化学和机械性能却不同程度地下降，导致至今杜邦公司的Nafion膜始终占据市场的主体。
与液体进样的DMFC相比，气态进样的DMFC具有更低的甲醇渗透而且更适合于直接以高浓度甲醇甚至纯甲醇为燃料。传统气态进样的DMFC，首先通过泵将液体甲醇输送至汽化器变成气态，然后通过鼓风机给电极供给气态甲醇燃料。未反应的的甲醇蒸汽通过阳极出口的冷凝器变成液体，然后循环利用。该过程需要一个复杂的系统(包括泵，汽化器，鼓风机和冷凝器)，并不适合用于驱动小型电子设备。因此，被动式直接以高浓度甲醇甚至纯甲醇为燃料的DMFC更适合于便携式电子产品的移动电源，目前已做了很多探索。
专利USP8,153,324中提出在燃料流场板的沟槽中含有一些控制燃料释放的材料，该材料在室温或低于室温时能吸附和保持燃料，而在高于活化温度时，就能以气态形式释放上述燃料，这需要DMFC工作在相对高的温度(如80-160℃)，因此，在电池启动阶段，需要一个额外的电池提供必要的热能来汽化燃料，这也不可避免地增加了系统的复杂性。
USP8,043,765发明了一个阳极表面有一个缓冲溶液层的燃料电池系统，用于冷凝气态燃料至液态，该缓冲层由分离层和燃料存储层构成的。但这个汽化系统还是单独的，增加了DMFC系统的体积。
USP20040209136发明了一个直接使用高浓度甲醇为燃料的被动式的燃料电池系统，在阳极双极板外侧增加了渗透蒸发的结构，燃料池中的液体甲醇透过该膜变成气态，先后经过汽化腔，阳极集流板，阳极扩散层，到达阳极催化层发生反应。这个单独的渗透蒸发结构不仅增加了燃料电池系统的体积，而且还存在气态燃料在电极中分配不均匀的问题。
可见，在这些设计中都还存在着一些挑战：或者需要提供额外设备来汽化燃料，冷凝燃料，或者增加额外的渗透蒸发膜结构来汽化高浓度的燃料。这不可避免地增加了系统的复杂性和体积，而且还有气态燃料在电极中均匀分配的问题。
要作为便携式电子产品的移动电源，全被动式直接以高浓度甲醇甚至纯甲醇为燃料的DMFC是最有希望的。一方面，它不需要额外设备和消耗额外的能源，就实现液体燃料的汽化，当然气化后燃料需要均匀分配和传递至阳极催化层；另一方面，紧凑的电池结构也是必要的。因此，如何提供一种燃料电池，以解决现有技术中传统的燃料电池系统复杂、体积大、以及气态燃料在电极中分配不均匀等问题，实已成为本领域从业者亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种燃料电池，用于解决现有技术中燃料电池的系统复杂、体积大、以及气态燃料在电极中分配不均匀等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种燃料电池，至少包括：燃料池，存储有燃料原料；复合阳极集流板结构，结合于所述燃料池的底面，包括由多孔导电材料构成的阳极集流板及结合于所述阳极集流板上的渗透蒸发材料，所述阳极集流板包括一密布有微孔结构的板体，所述板体表面形成有相对的两侧具有CO2出口的CO2管理通道；膜电极组件，邻设于所述复合阳极集流板结构，包括用于传导质子的固体聚合物电解质膜，结合于所述固体聚合物电解质膜表面的阳极催化层，结合于所述阳极催化层表面的阳极扩散层，结合于所述固体聚合物电解质膜表面的阴极催化层，结合于所述阴极催化层表面的阴极微孔层，以及结合于所述阴极微孔层表面的阴极扩散层；；阴极集流板，邻设于所述阴极扩散层，包括一密布有微孔结构的板体。
在本发明的燃料电池中，所述燃料池存储的燃料原料为甲醇、乙醇或甲酸，其中，所述甲醇的浓度范围在10摩尔每升到纯甲醇之间，且包括纯甲醇。
在本发明的燃料电池中，所述阳极集流板的板体表面由不同形状的沟槽构成的流场区，所述CO2管理通道环绕所述流场区，且所述流场区的两侧具有所述CO2管理通道的CO2出口。优选地，所述阳极集流板中流场区的沟槽呈圆形、方形、多边形、或条形，其中，所述条形包括平行条状、蛇形条状、交织条状、针形条状、或者螺旋形条状。
在一实施方式中，所述渗透蒸发材料涂布在所述阳极集流板朝向所述燃料池的一表面上。在另一实施方式中，所述渗透蒸发材料填充在所述阳极集流板的微孔结构中。在又一实施方式中，所述渗透蒸发材料涂布在所述阳极集流板的流场区的沟槽中。
在本发明的燃料电池中，所述渗透蒸发材料包括聚二甲硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、聚氨酯脲(PU)、聚醚酰胺(PEBA)、聚丙烯醇(PG)，聚(4-甲基-2-戊炔)(PMP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、或者聚[1-(三甲硅基)]-丙炔(PTMSP)。
在本发明的燃料电池中，所述阳极集流板中微孔结构的孔径范围0.1μm-1000μm。所述阳极集流板为多孔钛、多孔不锈钢、膨胀石墨、传统石墨、泡沫金属、及导电聚合物材料中的一种或上述至少两种的复合材料。
在本发明的燃料电池中，所述阴极微孔层位于阴极催化层和扩散层之间，由碳粉和PTFE材料组成的，其中，所述PTFE材料质量百分比含量为总质量的40wt.％-55wt.％之间。
如上所述，本发明的燃料电池采用了复合的阳极集流板结构，该结构集成了渗透蒸发结构，流场区，集流板和CO2管理通道，实现DMFC直接以高浓度甲醇为燃料高性能稳定运行。渗透蒸发结构实现了全被动式液体燃料的汽化，不需消耗额外的能量。集流板上的流场能够均匀分配气态燃料至电池的活性区域。多孔的导电集流板不仅传递燃料，还传导电子。CO2管理通道能及时排出反应产物CO2同时尽量降低气态燃料的损失。该结构有助于降低整个DMFC系统的体积，简化了系统，降低成本，利于系统集成和实际应用。
附图说明
图1显示为现有技术中典型的气态进料的燃料电池系统。
图2显示为本发明燃料电池的第一种实施方式的简化结构示意图。
图3显示为本发明燃料电池的第二种实施方式的简化结构示意图。
图4显示为本发明燃料电池中流场区和CO2管理通道分布结构示意图。
图5显示为本发明燃料电池的第三种实施方式的简化结构示意图。
图6显示为本发明燃料电池的第四种实施方式的简化结构示意图。
元件标号说明
12支撑板
13渗透蒸发膜
14汽化腔
21、11燃料池
22复合阳极集流板结构
221、15阳极集流板
2210板体
2211微孔结构
2212流场区
2213CO2管理通道
2213a、2213bCO2出口
222渗透蒸发材料
23、16膜电极组件
231固体聚合物电解质膜
232阳极催化层
233阳极扩散层
234阴极催化层
235阴极微孔层
236阴极扩散层
24、17阴极集流板
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图2至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
请参阅图2，显示为本发明燃料电池的第一种实施方式的简化结构示意图。如图所示，本发明提供一种燃料电池，至少包括：燃料池21，复合阳极集流板结构22，膜电极组件23，以及阴极集流板24。
所述燃料池21存储有燃料原料，具体地，所述燃料池21存储的燃料原料为甲醇、乙醇或甲酸，其中，所述甲醇的浓度范围在10摩尔每升到纯甲醇之间，包括纯甲醇。在本实施例中，暂用所述的燃料原料为甲醇为例进行说明。
所述复合阳极集流板结构22结合于所述燃料池21的底面，所述复合阳极集流板结构22包括由多孔导电材料构成的阳极集流板221及结合于所述阳极集流板221上的渗透蒸发材料222，所述阳极集流板221包括一密布有微孔结构2211的板体2210，所述板体2210表面形成有相对的两侧具有CO2出口的CO2管理通道2213。在本实施例中，所述渗透蒸发材料222包括聚二甲硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTFE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、聚氨酯脲(PU)、聚醚酰胺(PEBA)、聚丙烯醇(PG)，聚(4-甲基-2-戊炔)(PMP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、或者聚[1-(三甲硅基)]-丙炔(PTMSP)等。
所述渗透蒸发材料222为渗透蒸发膜，该渗透蒸发膜紧贴在阳极集流板221的背面，即阳极集流板221朝向所述燃料池21的一个表面。燃料池21中高浓度的液体燃料通过该无孔的聚合物膜，利用膜两侧燃料化学势的差别，也就是气体分压差的作用下，直接渗透蒸发成气态。在此过程中，无需消耗额外的能源。实现DMFC直接以高浓度的甲醇为燃料全被动式的运行。所述渗透蒸发材料222与阳极集流板221的集成，去掉了传统的渗透蒸发膜的支撑板以及渗透蒸发膜和阳极集流板221间的燃料汽化腔(如图1所示的结构)，大大简化了系统和降低了系统的体积。
在应用的实例中，所述阳极集流板221为多孔、易加工和导电的材料。多孔，是为了燃料的传输。易加工，是为了表面流场的形成。导电，是为了电流的输出。可选材料包括：多孔钛、多孔不锈钢、膨胀石墨、传统石墨、泡沫金属、导电聚合物以及多种复合材料等。在本实施例中，所述阳极集流板221中微孔结构2211的孔径范围0.1μm-1000μm。例如为1μm、10μm、100μm、或者500μm等，所述阳极集流板221为多孔钛、多孔不锈钢、膨胀石墨、传统石墨、泡沫金属、及导电聚合物材料中的一种或上述至少两种的复合材料。
所述阳极集流板221表面的CO2管理通道2213及时收集和排出反应产生的CO2，产生的CO2藉由所述板体2210相对的两侧的CO2出口(2213a及2213b)，同时尽量降低气态燃料的损失，该CO2管理通道2213紧邻所述膜电极组件23的阳极部分。
所述膜电极组件23邻设于所述复合阳极集流板结构22，包括用于传导质子的固体聚合物电解质膜231，结合于所述固体聚合物电解质膜231上表面的阳极催化层232，结合于所述阳极催化层232上表面的阳极扩散层233，结合于所述固体聚合物电解质膜231下表面的阴极催化层234，结合于所述阴极催化层234下表面的阴极微孔层235，以及结合于所述阴极微孔层235下表面的阴极扩散层236。在本实施例中，所述阴极微孔层235位于阴极催化层234和扩散层之间，由碳粉和PTFE材料组成的，其中，所述PTFE(聚四氟乙烯，Polytetrafluoroethyleneptfe)材料质量百分比含量为总质量的40wt.％-55wt.％之间。
在本实施例中，该膜电极组件23的阳极主要由阳极催化层232和阳极扩散层233组成，燃料通过阳极扩散层233达到阳极催化层232发生氧化反应。该膜电极组件23的阴极除了与阳极部分相同外，还增加了一个高增水的阴极微孔层235，用于阴极产生水的透过质子交换膜反扩散至阳极催化层232，满足甲醇氧化所需的水，通时保持阳极催化层232甲醇的合适浓度，降低甲醇的渗透。该膜电极组件23的质子交换膜(即本实施例中的固体聚合物电解质膜231)位于阴阳极催化层232之间，用于传导质子。
所述阴极集流板24邻设于所述阴极扩散层236，包括一密布有微孔结构的板体(未标示)。
上述可知，本发明的燃料电池采用了复合阳极集流板结构，实现直接以高浓度燃料例如甲醇为燃料。该复合阳极集流板结构主要集成了阳极集流板(导电)、渗透蒸发结构(渗透蒸发)、流场沟槽(均匀分配反应物)和CO2管理通道(排出CO2，减少燃料蒸汽损失)。该集流板是由多孔导电材料构成的，用于传递电子和反应物，该集成的渗透蒸发结构或者由紧贴阳极集流板背面的薄层渗透蒸发膜或者由填充在多孔集流板的微孔中渗透蒸发膜材料或者涂在流场沟槽中的渗透蒸发膜材料或者它们的混合构成。采用该渗透蒸发结构的燃料电池能被动地实现液体燃料通过渗透蒸发变成气态，然后以气态燃料为反应物，从而大幅度地降低甲醇的渗透。燃料传递速率由该渗透蒸发结构控制。该复合结构设计了CO2管理通道，便于反应产生的CO2及时排出同时尽量减少燃料蒸汽的损失。本发明的燃料电池有助于提高燃料电池的体积比功率和能量密度。
实施例二
请参阅图3及图4，图3显示为本发明燃料电池的第二种实施方式的简化结构示意图。图4显示为本发明燃料电池中流场区和CO2管理通道分布结构示意图。如图所示，本发明提供一种燃料电池，至少包括：燃料池21，复合阳极集流板结构22，膜电极组件23，以及阴极集流板24。需要特别说明的是，在本实施例中，惟燃料电池的复合阳极集流板结构22不同于实施例一，而所述燃料电池的燃料池21，膜电极组件23以及阴极集流板24与实施例一相同，故在本实施例中不予赘述，特此述明。
所述复合阳极集流板结构22结合于所述燃料池21的底面，所述复合阳极集流板结构22包括由多孔导电材料构成的阳极集流板221及结合于所述阳极集流板221上的渗透蒸发材料222，所述阳极集流板221包括一密布有微孔结构2211的板体2210，所述阳极集流板221的板体2210表面由不同形状的沟槽(未予以图示)构成的流场区2212，所述CO2管理通道2213环绕所述流场区2212，且所述流场区2212的两侧具有所述CO2管理通道2213的CO2出口(2213a及2213b)。
在本实施例中，所述阳极集流板221中流场区2212的沟槽呈圆形、方形、多边形、或条形，其中，所述条形包括平行条状、蛇形条状、交织条状、针形条状、或者螺旋形条状等，具体地，所述阳极集流板221表面流场区2212的沟槽通过刻蚀、注塑、机加工等方法形成如下图案：平面、平行、蛇形、交织状、针形、螺旋形等，用于均匀分配和传递气态燃料。
在本实施例中，所述渗透蒸发材料222为渗透蒸发膜，该渗透蒸发膜紧贴在阳极集流板221的背面，即阳极集流板221朝向所述燃料池21的一个表面。
所述阳极集流板221上的流场区2212加工出不同形状的流场沟槽，用于燃料蒸汽的均匀分配，换言之，能够均匀分配气态燃料至电池的活性区域。多孔的导电阳极集流板221不仅传递燃料，还传导电子。所述CO2管理通道2213能及时排出反应产物CO2同时尽量降低气态燃料的损失。该结构有助于降低整个DMFC系统的体积，简化了系统，降低成本，利于系统集成和实际应用。
实施例三
请参阅图5，显示为本发明燃料电池的第三种实施方式的简化结构示意图。如图所示，本发明提供一种燃料电池，至少包括：燃料池21，复合阳极集流板结构22，膜电极组件23，以及阴极集流板24。需要特别说明的是，在本实施例中，惟燃料电池的复合阳极集流板结构22不同于实施例一，而所述燃料电池的燃料池21，膜电极组件23以及阴极集流板24与实施例一、二相同，故在本实施例中不予赘述，特此述明。
所述复合阳极集流板结构22结合于所述燃料池21的底面，所述复合阳极集流板结构22包括由多孔导电材料构成的阳极集流板221及填充在集流板的微孔结构2211中的渗透蒸发材料222，所述阳极集流板221包括一密布有微孔结构2211的板体2210，所述阳极集流板221的板体2210表面由不同形状的沟槽构成的流场区2212，所述CO2管理通道2213环绕所述流场区2212，且所述流场区2212的两侧具有所述CO2管理通道2213的CO2出口(2213a及2213b)。在本实施例中，所述阳极集流板221表面流场区2212的沟槽通过刻蚀、注塑、机加工等方法形成如下图案：平面、平行、蛇形、交织状、针形、螺旋形等，用于均匀分配和传递气态燃料。
在本实施例中，所述渗透蒸发材料222填充在阳极集流板221的微孔结构2211中，用于实现高浓度液体燃料的被动式的渗透蒸发为气态燃料。此种结构去掉了单独渗透蒸发膜，进一步降低了系统的体积。
实施例四
请参阅图6，显示为本发明燃料电池的第四种实施方式的简化结构示意图。如图所示，本发明提供一种燃料电池，至少包括：燃料池21，复合阳极集流板结构22，膜电极组件23，以及阴极集流板24。需要特别说明的是，在本实施例中，惟燃料电池的复合阳极集流板不同于实施例一，而所述燃料电池的燃料池21，膜电极组件23以及阴极集流板24结构与实施例一、二、三相同，故在本实施例中不予赘述，特此述明。
所述复合阳极集流板结构22结合于所述燃料池21的底面，所述复合阳极集流板结构22包括由多孔导电材料构成的阳极集流板221及涂布在所述阳极集流板221的流场区2212的沟槽中的渗透蒸发材料222，所述阳极集流板221包括一密布有微孔结构2211的板体2210，所述阳极集流板221的板体2210表面由不同形状的沟槽构成的流场区2212，所述CO2管理通道2213环绕所述流场区2212，且所述流场区2212的两侧具有所述CO2管理通道2213的CO2出口(2213a及2213b)。在本实施例中，所述阳极集流板221表面流场区2212的沟槽通过刻蚀、注塑、机加工等方法形成如下图案：平面、平行、蛇形、交织状、针形、螺旋形等，用于均匀分配和传递气态燃料。
在本实施例中，所述渗透蒸发材料222涂布在所述阳极集流板221的流场区2212的沟槽中，用于实现高浓度液体燃料的被动式的渗透蒸发为气态燃料。此种结构去掉了单独渗透蒸发膜，进一步降低了系统的体积。
需要特别声明的是，在具体的应用实例中，上述实施例可以在不违背本发明的精神及范畴下任意组合，即该复合阳极集流板结构，包括一个渗透蒸发结构，该结构可由一层渗透蒸发膜紧贴在阳极集流板背面(远离MEA侧)、或渗透蒸发膜材料填充在集流板的微孔中，或渗透蒸发膜材料涂在流场沟槽里组成，用于实现高浓度液体燃料的被动式的渗透蒸发为气态燃料，该渗透蒸发结构也可以是由上述几种情况的组合。
综上所述，本发明的燃料电池采用了复合的阳极集流板结构，该结构集成了渗透蒸发结构，流场区，集流板和CO2管理通道，实现DMFC直接以高浓度甲醇为燃料高性能稳定运行。渗透蒸发结构实现了全被动式液体燃料的汽化，不需消耗额外的能量。集流板上的流场能够均匀分配气态燃料至电池的活性区域。多孔的导电集流板不仅传递燃料，还传导电子。CO2管理通道能及时排出反应产物CO2同时尽量降低气态燃料的损失。该结构有助于降低整个DMFC系统的体积，简化了系统，降低成本，利于系统集成和实际应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种燃料电池，其特征在于，至少包括：
燃料池，存储有燃料原料；
复合阳极集流板结构，结合于所述燃料池的底面，包括由多孔导电材料构成的阳极集流板及结合于所述阳极集流板上的渗透蒸发材料，所述阳极集流板包括一密布有微孔结构的板体，所述板体表面形成有相对的两侧具有CO2出口的CO2管理通道；
膜电极组件，邻设于所述复合阳极集流板结构，包括用于传导质子的固体聚合物电解质膜，结合于所述固体聚合物电解质膜表面的阳极催化层，结合于所述阳极催化层表面的阳极扩散层，结合于所述固体聚合物电解质膜表面的阴极催化层，结合于所述阴极催化层表面的阴极微孔层，以及结合于所述阴极微孔层表面的阴极扩散层；
阴极集流板，邻设于所述阴极扩散层，包括一密布有微孔结构的板体。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：所述燃料池存储的燃料原料为甲醇、乙醇或甲酸，其中，所述甲醇的浓度范围在10摩尔每升到纯甲醇之间，且包括纯甲醇。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：所述阳极集流板的板体表面由不同形状的沟槽构成的流场区，所述CO2管理通道环绕所述流场区，且所述流场区的两侧具有所述CO2管理通道的CO2出口。
4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于：所述渗透蒸发材料涂布在所述阳极集流板朝向所述燃料池的一表面上。
5.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于：所述渗透蒸发材料填充在所述阳极集流板的微孔结构中。
6.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于：所述渗透蒸发材料涂布在所述阳极集流板的流场区的沟槽中。
7.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于：所述阳极集流板中流场区的沟槽呈圆形、方形、多边形、或条形，其中，所述条形包括平行条状、蛇形条状、交织条状、针形条状、或者螺旋形条状。
8.根据权利要求1或3所述的燃料电池，其特征在于：所述渗透蒸发材料包括聚二甲硅氧烷、聚四氟乙烯、三元乙丙橡胶、聚氨酯脲、聚醚酰胺、聚丙烯醇，聚(4-甲基-2-戊炔)、聚偏二氟乙烯、或者聚[1-(三甲硅基)]-丙炔。
9.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：所述阳极集流板中微孔结构的孔径范围0.1μm-1000μm。
10.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：所述阳极集流板为多孔钛、多孔不锈钢、膨胀石墨、传统石墨、泡沫金属、及导电聚合物材料中的一种或上述至少两种的复合材料。
11.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：所述阴极微孔层位于阴极催化层和扩散层之间，由碳粉和PTFE材料组成的，其中，所述PTFE材料质量百分比含量为总质量的40wt.％-55wt.％之间。
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