CN107293771A - 燃料电池 - Google Patents

燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN107293771A
CN107293771A CN201610197850.4A CN201610197850A CN107293771A CN 107293771 A CN107293771 A CN 107293771A CN 201610197850 A CN201610197850 A CN 201610197850A CN 107293771 A CN107293771 A CN 107293771A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reative cell
membrane electrode
cathode
anode
wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610197850.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107293771B (zh
Inventor
张丽娜
姜开利
范守善
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201610197850.4A priority Critical patent/CN107293771B/zh
Priority to TW105111770A priority patent/TWI590515B/zh
Priority to US15/444,183 priority patent/US10418652B2/en
Publication of CN107293771A publication Critical patent/CN107293771A/zh
Priority to US16/448,109 priority patent/US10707503B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN107293771B publication Critical patent/CN107293771B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
    • H01M8/0278—O-rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231—Purging of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种燃料电池，其中，其包括。一反应室；一与该反应室通过进料孔连通的原料室；一用于将该进料孔盖上或打开的进料盖；一与该反应室通过排料孔连通的废料室；一用于将该排料盖上或打开的排料盖；以及一设置于该反应室内的膜电极组，该膜电极组将该反应室分割为一阳极电极空间和一阴极电极空间，该阴极电极空间通过一换气孔与大气层连通，且该膜电极组可以在该反应室内移动从而改变所述阳极电极空间和阴极电极空间的大小；该膜电极组包括一密封环以及一设置于该密封环上且将该密封环覆盖的膜电极。本发明提供的燃料电池通过膜电极组的运动来实现氧气或燃料的供应和排出，无需要鼓风机等辅助部件，结构简单。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及一种电池领域，尤其涉及一种燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种将燃料及氧化剂气体转化为电能的电化学发电装置，被广泛应用于军事国防及民用的电力、汽车、通信等领域。
通常，现有的燃料电池包括：一膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，该膜电极包括一质子交换膜(Proton Exchange Membrane)和分别设置在质子交换膜两个相对的表面的阴极电极和阳极电极；一装有燃料的阳极容室，且阳极电极浸泡于该燃料中；一导流板(Flow Field Plate，简称FFP)设置于阴极电极远离质子交换膜的表面；一集流板(Current Collector Plate，简称CCP)设置于导流板远离质子交换膜的表面；以及相关的辅助部件，如：鼓风机、阀门、管路等。
然而，现有技术中燃料电池需要鼓风机等辅助部件提供氧气或燃料气体，结构复杂，成本较高。
发明内容
本发明提供一种通过膜电极组的运动来实现氧气或燃料的供应和排出的燃料电池。
一种燃料电池，其中，其包括：一容器，该容器包括：一环形设置的内壁，且该内壁定义一反应室；一环形设置的外壁，且该外壁和该内壁之间定义一储料室；该储料室被分割为一原料室和一废料室，该原料室与所述反应室通过一进料孔连通，且该废料室与所述反应室通过一排料孔连通；一连接该内壁和外壁的底壁，且该底壁将该反应室覆盖；一连接该内壁和外壁的顶壁，该顶壁将该反应室覆盖，且该顶壁具有一换气孔；以及一设置于该反应室内且位于该进料孔上的进料盖；以及一设置于该废料室内且位于该排料孔上的排料盖；一设置于该反应室内的膜电极组，该膜电极组将该反应室分割为一阳极电极空间和一阴极电极空间，且该膜电极组可以在该反应室内移动从而改变所述阳极电极空间和阴极电极空间的大小；当所述膜电极组向所述进料盖和排料盖一侧移动时，该进料盖盖上且该排料盖打开；当所述膜电极组向远离所述进料盖和排料盖一侧移动时，该进料盖打开且该排料盖盖上；该膜电极组包括一密封环以及一设置于该密封环上且将该密封环覆盖的膜电极；该密封环的外表面形状与该反应室内壁形状一致，该密封环的内表面具有一环形凹槽，从而使该膜电极可以卡固在该环形凹槽内；所述密封环具有一阴极连接端以及一阳极连接端，且该阴极连接端与该该阳极连接端分别与该膜电极电连接。
如上述燃料电池，其中，所述膜电极包括：一质子交换膜，该质子交换膜具有一第一表面以及一于该第一表面相对设置的第二表面；一设置于该第一表面且位于该阳极电极空间一侧的阳极电极；一设置于该第二表面且位于该阴极电极空间一侧的阴极电极；该阴极连接端与该阴极电极电连接，且该阳极连接端与该阳极电极电连接。
如上述燃料电池，其中，所述膜电极进一步包括一设置于该阳极电极表面的阳极集流体以及一设置于该阴极电极表面的阴极集流体；该阴极连接端与该阴极集流体电连接，且该阳极连接端与该阳极集流体电连接。
如上述燃料电池，其中，所述环形凹槽具有一靠近该阴极电极空间一侧的第一表面以及一靠近该阳极电极空间一侧且与该第一表面相对的第二表面；所述阴极连接端为一金属层，且其部分延伸至该环形凹槽内的第一表面并与所述阴极集流体电接触；所述阳极连接端也为一金属层，且其部分延伸至该环形凹槽内的第二表面并与所述阳极集流体电接触。
如上述燃料电池，其中，所述内壁和外壁环形设置成三角形、方形、N≧5的多边性、圆形、或椭圆形。
如上述燃料电池，其中，所述内壁和外壁至少在间隔的两处接触设置，从而将该储料室分割为原料室和废料室。
如上述燃料电池，其中，所述内壁和外壁间隔设置，且进一步包括至少两个间隔设置于该内壁和外壁之间的隔板，从而将该储料室分割为原料室和废料室。
如上述燃料电池，其中，所述进料盖一边固定于该反应室的内表面上，且当该反应室一侧的压力大于该原料室一侧的压力时，该进料盖将该进料孔盖上，而当该反应室一侧的压力小于该原料室一侧的压力时，该进料盖将该进料孔打开；所述排料盖一边固定于该废料室的内表面上，且当该反应室一侧的压力小于该废料室一侧的压力时，该排料盖将该废料室料孔盖上，而当该反应室一侧的压力大于该废料室一侧的压力时，该排料盖将该排料孔打开。
如上述燃料电池，其中，所述容器进一步包括一氧气室，且该氧气室通过一进气孔于该阴极电极空间连通；一设置于所述阴极电极空间内的进气盖，该进气盖用于将该进气孔盖上或打开。
一种燃料电池，其特征在于，其包括：一反应室；一与该反应室具有一第一公共侧壁的原料室，该第一公共侧壁上具有一进料孔，且该原料室与所述反应室通过该进料孔连通；一设置于该反应室内且位于该进料孔上的进料盖；一与该反应室具有一第二公共侧壁的废料室，该第二公共侧壁上具有一排料孔，且该废料室与所述反应室通过该排料孔连通；一设置于该废料室内且位于该排料孔上的排料盖；以及一设置于该反应室内的膜电极组，该膜电极组将该反应室分割为一密封的阳极电极空间和一密封的阴极电极空间，该阴极电极空间通过一换气孔与外界空气连通，且该膜电极组可以在该反应室内移动从而改变所述阳极电极空间和阴极电极空间的大小；当所述膜电极组向所述进料盖和排料盖一侧移动时，该进料盖盖上且该排料盖打开；当所述膜电极组向远离所述进料盖和排料盖一侧移动时，该进料盖打开且该排料盖盖上。
如上述燃料电池，其中，所述该膜电极组包括一密封环以及一设置于该密封环上且将该密封环覆盖的膜电极；该密封环的外表面形状与该反应室内壁形状一致，该密封环的内表面具有一环形凹槽，从而使该膜电极可以卡固在该环形凹槽内。
如上述燃料电池，其中，所述密封环具有一阴极连接端以及一阳极连接端，且该阴极连接端与该该阳极连接端分别与该膜电极电连接。
与现有技术相比较，本发明提供的燃料电池通过膜电极组的运动来实现氧气或燃料的供应和排出，无需要鼓风机等辅助部件，结构简单。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的燃料电池的结构示意图。
图2为图1的燃料电池沿线II-II的剖视图。
图3为本发明第一实施例提供的燃料电池的容器的结构示意图。
图4为本发明第一实施例提供的燃料电池的膜电极组的结构示意图。
图5为本发明第二实施例提供的燃料电池的结构示意图。
图6为本发明第三实施例提供的燃料电池的结构示意图。
主要元件符号说明
燃料电池 10, 10A 排料盖 129
容器 12 氧气室 130
内壁 120 进气孔 132
隔板 1202 进气盖 134
外壁 121 膜电极组 14
底壁 122 膜电极 140
顶壁 123 阴极电极 141
换气孔 1230 阳极电极 142
排气盖 1232 质子交换膜 143
反应室 124 阴极集流体 144
阳极电极空间 1242 阳极集流体 145
阴极电极空间 1244 密封环 146
储料室 125 环形密封体 1460
原料室 1252 环形凹槽 1462
废料室 1254 阴极连接端 1464
进料孔 126 阳极连接端 1466
进料盖 127 负载 16
排料孔 128 导线 18
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明提供的燃料电池作进一步详细说明。可以理解，本发明所称的“上”“下”“顶”“底”“侧”均为相对概念，根据本发明提供的燃料电池使用时的方向不同而不同。
请一并参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种燃料电池10，其包括：一容器12、一设置于该容器12内的膜电极组14。所述膜电极组14包括一密封环146以及一设置于该密封环146上且将该密封环146覆盖的膜电极140。
所述容器12包括：一环形设置的内壁120，且该内壁120定义一反应室124；一环形设置的外壁121，且该外壁121和该内壁120之间定义一储料室125；该储料室125被分割为一原料室1252和一废料室1254，该原料室1252与所述反应室124通过一进料孔126连通，且该废料室1254与所述反应室124通过一排料孔128连通；一设置于该反应室124内且位于该进料孔126上的进料盖127，且该进料盖127用于将该进料孔126盖上或打开；一设置于该废料室1254内且位于该排料孔128上的排料盖129，且该排料盖129用于将该排料孔128盖上或打开；一连接该内壁120和外壁121的底壁122，且该底壁122将该反应室124覆盖；一连接该内壁120和外壁121的顶壁123，该顶壁123将该反应室124覆盖，且该顶壁具有一换气孔1230。
所述内壁120和外壁121可以环形设置成任意形状，例如：三角形、方形、N≧5的多边性、圆形、或椭圆形等。所述内壁120和外壁121形成的环形形状可以如图2所示相同，也可以如图3所示不同。如图2所示，所述内壁120和外壁121可以间隔设置，且在该内壁120和外壁121之间设置至少两个间隔设置于的隔板1202，从而将该储料室125分割为原料室1252和废料室1254。如图3所示，所述内壁120和外壁121也可以在至少两处接触设置，从而将该储料室125分割为原料室1252和废料室1254。本实施例中，所述容器12包括同心间隔设置的环形内壁120和环形外壁121。通过两个隔板1202将该环形内壁120和环形外壁121之间的空间分割为原料室1252和废料室1254。
所述进料盖127一边固定于该反应室124的内表面上，且当该反应室124一侧的压力大于该原料室1252一侧的压力时，该进料盖127将该进料孔126盖上，而当该反应室124一侧的压力小于该原料室1252一侧的压力时，该进料盖127将该进料孔126打开。所述排料盖129一边固定于该废料室1254的内表面上，且当该反应室124一侧的压力小于该废料室1254一侧的压力时，该排料盖129将该排料孔128盖上，而当该反应室124一侧的压力大于该废料室1254一侧的压力时，该排料盖129将该排料孔128打开。所述换气孔1230的形状大小不限，用于使该反应室124位于顶壁123一侧的空间与外界大气层连通。
可以理解，所述容器12的形状和结构不限，只要可以形成该反应室124，以及分别与该反应室124连通的原料室1252和废料室1254即可。可以理解，所述容器12可以包括多个原料室1252和多个废料室1254。
所述膜电极组14设置于该反应室124内，将该反应室124分割为一阳极电极空间1242和一阴极电极空间1244。该膜电极组14可以在该反应室124内移动从而改变所述阳极电极空间1242和阴极电极空间1244的大小。
进一步参见图4，所述膜电极140包括一质子交换膜143，该质子交换膜143具有一第一表面以及一于该第一表面相对设置的第二表面；一设置于该第一表面且位于该阳极电极空间1242一侧的阳极电极142；一设置于该第二表面且位于该阴极电极空间1244一侧的阴极电极141。可选择地，所述膜电极140还可以包括一设置于该阳极电极142表面的阳极集流体145以及一设置于该阴极电极141表面的阴极集流体144。
所述质子交换膜143的材料为全氟磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚三氟苯乙烯磺酸、酚醛树脂磺酸或碳氢化合物。所述阳极电极142与阴极电极141均包括扩散层与催化剂材料。所述阳极电极142与阴极电极141可以为催化剂材料涂敷在扩散层表面形成的双层结构，也可以为一催化剂材料分散于扩散层内部形成的复合结构。所述扩散层可以为碳纳米管层或碳纤维层。所述阳极电极142与阴极电极141的催化剂材料可以根据实际需要选择。所述阳极集流体145和阴极集流体144采用导电材料制备，用于收集和传导反应生成的电子或质子。进一步，所述阳极集流体145和阴极集流体144也可以在膜电极140移动过程中起到保护膜电极140的作用。优选地，所述阳极集流体145和阴极集流体144采用金属网制备。
本实施例中，所述质子交换膜143材料为全氟磺酸。所述阴极电极141为碳纳米管层及分布于该碳纳米管层中的贵金属催化剂。所述贵金属包括铂、金及钌中的一种或其任意组合的混合物。该贵金属颗粒的直径尺寸为1～10纳米。所述贵金属催化剂的担载量低于0.5mg/cm2，且均匀分布于碳纳米管层中的碳纳米管表面。所述阳极电极142为碳纳米管层及分布于该碳纳米管层中的酶催化剂，如：含有辅基FAD的氧化酶或含有辅基NAD(P)+的脱氢酶。该酶催化剂均匀吸附于碳纳米管层中的碳纳米管表面，并通过羧基或羟基与该碳纳米管结合。可以理解，对不同的燃料，所选用的催化剂不同。例如，所述燃料为葡萄糖溶液，催化剂为葡萄糖氧化酶。所述阳极集流体145和阴极集流体144均为一铜网。可以理解，当所述燃料电池10使用采用乙醇等气体燃料时，所述阳极电极142的催化剂也可以采用贵金属颗粒。也就是说，该阳极电极142的催化剂取决于采用的燃料。
所述密封环146用于密封和固定支撑该膜电极140。该密封环146包括一环形密封体1460以及间隔设置于该环形密封体1460表面的阴极连接端1464和阳极连接端1466。该环形密封体1460的外表面的尺寸和形状与该反应室124内表面的尺寸和形状一致，该环形密封体1460的内表面具有一环形凹槽1462，从而使该膜电极140可以卡固在该环形凹槽1462内。所述密封环146的厚度以及内径大小可以根据需要选择。所述密封环146的材料为橡胶或聚合物。所述阴极连接端1464与该阴极电极141电连接。所述阳极连接端1466与该阳极电极142电连接。当所述膜电极140包括阴极集流体144和阳极集流体145时，该阴极连接端1464与该阴极集流体144接触电连接，且该阳极连接端1466与该阳极集流体145接触电连接。该阴极连接端1464和该阳极连接端1466位于该环形密封体1460靠近该阴极电极空间1244的表面，使用时通过导线18与外电路连接。可以理解，所述所述密封环146也可以替代为其他可以实现密封作用的结构。
优选地，所述阴极连接端1464和该阳极连接端1466均为金属层且从该环形密封体1460的表面延伸至该环形凹槽1462的内表面，从而分别与该阴极集流体144和阳极集流体145接触。可以理解，所述阳极连接端1466与所述阴极集流体144之间需要设置绝缘层。具体地，所述环形凹槽1462具有一靠近该阴极电极空间1244一侧的第一表面以及一靠近该阳极电极空间1242一侧且与该第一表面相对的第二表面；所述阴极连接端1464为一金属层，且其部分延伸至该环形凹槽1462内的第一表面并与所述阴极集流体144电接触；所述阳极连接端1466也为一金属层，且其部分延伸至该环形凹槽1462内的第二表面并与所述阳极集流体145电接触。
所述燃料电池10使用时，将该阴极连接端1464和该阳极连接端1466通过导线18连接到负载16。在燃料电池10工作过程中，当膜电极组14向顶壁123方向运动时，所述阳极电极空间1242的压强变小，所述进料盖127打开，所述排料盖129关闭，葡萄糖燃料从所述原料室1252进入所述阳极电极空间1242，同时所述阴极电极空间1244内的废气通过换气孔1230排出；当膜电极组14向底壁122方向运动时，所述阳极电极空间1242的压强变大，所述进料盖127关闭，所述排料盖129打开，反应废料从所述阳极电极空间1242排入所述废料室1254，同时所述阴极电极空间1244内的压强变小，外界空气通过换气孔1230进入所述阴极电极空间1244；在所述阳极电极142一端，葡萄糖在酶催化剂的催化作用下发生如下反应：葡萄糖→葡萄糖酸+2H++2e。反应生成的质子穿过质子交换膜143到达阴极电极141，反应生成的电子则通过阳极连接端1466进入外电路；在所述阴极电极141一端，空气中的氧气扩散到该阴极电极141的同时，电子则通过外电路到达该阴极电极141，在贵金属催化剂作用下，氧气与质子以及电子发生如下反应：1/2O2+2H++2e→H2O。在此过程中，在该阳极电极142与该阴极电极141之间会形成一定的电势差，当外电路接入负载16时，将会有电流流经该负载16。本发明提供的燃料电池10通过所述膜电极组14的运动来实现氧气或燃料的供应和排出，无需要鼓风机等辅助部件，结构简单。
可以理解，所述燃料电池10工作时，所述膜电极组14的运动方向可以为竖直方向，也可以为水平方向。优选地，保持所述膜电极组14与水平面的夹角大于30度且小于60度，从而确保该阴极电极141表面形成的水可以沿着阴极电极141从该换气孔1230排出。
请参阅图5，本发明第二实施例提供一种燃料电池10A，其包括：一容器12、一设置于该容器12内的膜电极组14。所述膜电极组14包括一密封环146以及一设置于该密封环146上且将该密封环146覆盖的膜电极140。
本发明第二实施例提供的燃料电池10A余第一实施例提供的燃料电池10的结构基本相同，其区别在于，该第二实施例提供的燃料电池10A进一步包括一氧气室130，且该氧气室130通过一进气孔132于该阴极电极空间1244连通。
所述阴极电极空间1244内设置一进气盖134，该进气盖134用于将该进气孔132盖上或打开。所述进气盖134一边固定于该反应室124的内表面上，且当该反应室124一侧的压力大于该氧气室130一侧的压力时，该进气盖134将该进气孔132盖上，而当该反应室124一侧的压力小于该氧气室130一侧的压力时，该进气盖134将该进气孔132打开。所述换气孔1230仅用作排气孔，且该换气孔1230上设置于排气盖1232，用于将该换气孔1230盖上或打开。该排气盖1232设置于该反应室124外且一边固定于该反应室124的外表面上，且当该反应室124一侧的压力大于外界大气压力时，该排气盖1232将该换气孔1230打开，而当该反应室124一侧的压力小于外界大气压力时，该排气盖1232将该换气孔1230盖上。
请参阅图6，本发明第三实施例提供一种燃料电池10B，其包括：一容器12、一设置于该容器12内的膜电极组14。所述膜电极组14包括一密封环146以及一设置于该密封环146上且将该密封环146覆盖的膜电极140。
本发明第三实施例提供的燃料电池10B余第一实施例提供的燃料电池10的结构基本相同，其区别在于，该容器12的结构不同，且该膜电极组14延水平方向运动。
所述容器12包括该反应室124和储料室125。所述反应室124被所述膜电极组14分隔为该阳极电极空间1242和该阴极电极空间1244。所述储料室125包括原料室1252和废料室1254。所述原料室1252和废料室1254分别设置于该反应室124的周围。所述原料室1252与所述反应室124通过一进料孔126连通，且该废料室1254与所述反应室124通过一排料孔128连通。该进料盖127设置于该反应室124内且位于该进料孔126上，用于将该进料孔126盖上或打开。该排料盖129设置于该废料室1254内且位于该排料孔128上，用于将该排料孔128盖上或打开。本实施例中，所述原料室1252内的原料为乙醇气体。所述膜电极140的阳极电极142的催化剂采用贵金属颗粒。由于膜电极140竖直设置，可以确保该阴极电极141表面形成的水可以沿着阴极电极141从该换气孔1230排出。优选地，该换气孔1230位于阴极电极空间1244的底部。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (12)

1.一种燃料电池，其特征在于，其包括：
一容器，该容器包括：
一环形设置的内壁，且该内壁定义一反应室；
一环形设置的外壁，且该外壁和该内壁之间定义一储料室；该储料室被分割为一原料室和一废料室，该原料室与所述反应室通过一进料孔连通，且该废料室与所述反应室通过一排料孔连通；
一连接该内壁和外壁的底壁，且该底壁将该反应室覆盖；
一连接该内壁和外壁的顶壁，该顶壁将该反应室覆盖，且该顶壁具有一换气孔；以及
一设置于该反应室内且位于该进料孔上的进料盖；以及
一设置于该废料室内且位于该排料孔上的排料盖；
一设置于该反应室内的膜电极组，该膜电极组将该反应室分割为一阳极电极空间和一阴极电极空间，且该膜电极组可以在该反应室内移动从而改变所述阳极电极空间和阴极电极空间的大小；当所述膜电极组向所述进料盖和排料盖一侧移动时，该进料盖盖上且该排料盖打开；当所述膜电极组向远离所述进料盖和排料盖一侧移动时，该进料盖打开且该排料盖盖上；该膜电极组包括一密封环以及一设置于该密封环上且将该密封环覆盖的膜电极；该密封环的外表面形状与该反应室内壁形状一致，该密封环的内表面具有一环形凹槽，从而使该膜电极可以卡固在该环形凹槽内；所述密封环具有一阴极连接端以及一阳极连接端，且该阴极连接端与该该阳极连接端分别与该膜电极电连接。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述膜电极包括：一质子交换膜，该质子交换膜具有一第一表面以及一于该第一表面相对设置的第二表面；一设置于该第一表面且位于该阳极电极空间一侧的阳极电极；一设置于该第二表面且位于该阴极电极空间一侧的阴极电极；该阴极连接端与该阴极电极电连接，且该阳极连接端与该阳极电极电连接。
3.如权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述膜电极进一步包括一设置于该阳极电极表面的阳极集流体以及一设置于该阴极电极表面的阴极集流体；该阴极连接端与该阴极集流体电连接，且该阳极连接端与该阳极集流体电连接。
4.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述环形凹槽具有一靠近该阴极电极空间一侧的第一表面以及一靠近该阳极电极空间一侧且与该第一表面相对的第二表面；所述阴极连接端为一金属层，且其部分延伸至该环形凹槽内的第一表面并与所述阴极集流体电接触；所述阳极连接端也为一金属层，且其部分延伸至该环形凹槽内的第二表面并与所述阳极集流体电接触。
5.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述内壁和外壁环形设置成三角形、方形、N≧5的多边性、圆形、或椭圆形。
6.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述内壁和外壁至少在间隔的两处接触设置，从而将该储料室分割为原料室和废料室。
7.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述内壁和外壁间隔设置，且进一步包括至少两个间隔设置于该内壁和外壁之间的隔板，从而将该储料室分割为原料室和废料室。
8.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述进料盖一边固定于该反应室的内表面上，且当该反应室一侧的压力大于该原料室一侧的压力时，该进料盖将该进料孔盖上，而当该反应室一侧的压力小于该原料室一侧的压力时，该进料盖将该进料孔打开；所述排料盖一边固定于该废料室的内表面上，且当该反应室一侧的压力小于该废料室一侧的压力时，该排料盖将该废料室料孔盖上，而当该反应室一侧的压力大于该废料室一侧的压力时，该排料盖将该排料孔打开。
9.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述容器进一步包括一氧气室，且该氧气室通过一进气孔于该阴极电极空间连通；一设置于所述阴极电极空间内的进气盖，该进气盖用于将该进气孔盖上或打开。
10.一种燃料电池，其特征在于，其包括：
一反应室；
一与该反应室具有一第一公共侧壁的原料室，该第一公共侧壁上具有一进料孔，且该原料室与所述反应室通过该进料孔连通；
一设置于该反应室内且位于该进料孔上的进料盖；
一与该反应室具有一第二公共侧壁的废料室，该第二公共侧壁上具有一排料孔，且该废料室与所述反应室通过该排料孔连通；
一设置于该废料室内且位于该排料孔上的排料盖；以及
一设置于该反应室内的膜电极组，该膜电极组将该反应室分割为一密封的阳极电极空间和一密封的阴极电极空间，该阴极电极空间通过一换气孔与外界空气连通，且该膜电极组可以在该反应室内移动从而改变所述阳极电极空间和阴极电极空间的大小；当所述膜电极组向所述进料盖和排料盖一侧移动时，该进料盖盖上且该排料盖打开；当所述膜电极组向远离所述进料盖和排料盖一侧移动时，该进料盖打开且该排料盖盖上。
11.如权利要求10所述的燃料电池，其特征在于，所述该膜电极组包括一密封环以及一设置于该密封环上且将该密封环覆盖的膜电极；该密封环的外表面形状与该反应室内壁形状一致，该密封环的内表面具有一环形凹槽，从而使该膜电极可以卡固在该环形凹槽内。
12.如权利要求11所述的燃料电池，其特征在于，所述密封环具有一阴极连接端以及一阳极连接端，且该阴极连接端与该该阳极连接端分别与该膜电极电连接。
CN201610197850.4A 2016-03-31 2016-03-31 燃料电池 Active CN107293771B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610197850.4A CN107293771B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 燃料电池
TW105111770A TWI590515B (zh) 2016-03-31 2016-04-15 燃料電池
US15/444,183 US10418652B2 (en) 2016-03-31 2017-02-27 Proton exchange membrane fuel cell with a movable membrane electrode assembly device
US16/448,109 US10707503B2 (en) 2016-03-31 2019-06-21 Proton exchange membrane fuel cell with a movable membrane electrode assembly device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610197850.4A CN107293771B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 燃料电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107293771A true CN107293771A (zh) 2017-10-24
CN107293771B CN107293771B (zh) 2019-09-13

Family

ID=59959727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610197850.4A Active CN107293771B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 燃料电池

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10418652B2 (zh)
CN (1) CN107293771B (zh)
TW (1) TWI590515B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102602415B1 (ko) * 2018-09-04 2023-11-14 현대자동차주식회사 전극막접합체
CN113991143B (zh) * 2021-10-24 2024-05-10 创世前沿科技(上海)有限公司 一种质子交换膜燃料电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040023082A1 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Kelly Ronald James Fuel cell having activation mechanism and method for forming same
JP2005166428A (ja) * 2003-12-02 2005-06-23 Toyota Motor Corp 燃料電池
CN101651224A (zh) * 2008-08-11 2010-02-17 通用汽车环球科技运作公司 用于组装燃料电池堆的方法和设备
CN202930483U (zh) * 2012-10-09 2013-05-08 新源动力股份有限公司 可移动燃料电池堆组装装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7410714B1 (en) * 2004-07-15 2008-08-12 The United States Of America As Represented By The Administration Of Nasa Unitized regenerative fuel cell system
US20120070754A1 (en) * 2010-09-21 2012-03-22 Kenneth Smith Fuel Cell with Rapid Pressure Balancing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040023082A1 (en) * 2002-07-31 2004-02-05 Kelly Ronald James Fuel cell having activation mechanism and method for forming same
JP2005166428A (ja) * 2003-12-02 2005-06-23 Toyota Motor Corp 燃料電池
CN101651224A (zh) * 2008-08-11 2010-02-17 通用汽车环球科技运作公司 用于组装燃料电池堆的方法和设备
CN202930483U (zh) * 2012-10-09 2013-05-08 新源动力股份有限公司 可移动燃料电池堆组装装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10418652B2 (en) 2019-09-17
US20170288244A1 (en) 2017-10-05
US10707503B2 (en) 2020-07-07
TWI590515B (zh) 2017-07-01
TW201735428A (zh) 2017-10-01
CN107293771B (zh) 2019-09-13
US20190305343A1 (en) 2019-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110504472B (zh) 一种提高催化剂利用率的直接甲醇燃料电池膜电极及其制备方法
US8911919B2 (en) Local hydrophilic gas diffusion layer and fuel cell stack comprising the same
KR100756498B1 (ko) 액체연료전지용 발전소자와 그 제조방법 및 그것을 사용한액체연료전지
US20050069754A1 (en) Diffusion electrode for fuel cell
CN105594033A (zh) 催化剂用碳粉末以及使用该催化剂用碳粉末的催化剂、电极催化剂层、膜电极接合体和燃料电池
US20100304269A1 (en) Electrode For Fuel Cell And Method Of Preparing The Same And Membrane Electrode Assembly And Fuel Cell Comprising The Same
KR20090063213A (ko) 연료 전지 어셈블리
US7964323B2 (en) Direct oxidation fuel cell
JP5151217B2 (ja) 燃料電池
CN107293771A (zh) 燃料电池
CN1985392B (zh) 高分子电解质型燃料电池
CN102195048A (zh) 用于pem燃料电池中的水管理和冷冻启动的选择性涂覆的双极板
KR101101497B1 (ko) 고온형 연료전지 전극의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 막전극 접합체
TWI594490B (zh) 燃料電池
KR101098676B1 (ko) 연료전지용 전극의 제조방법과 이로부터 제조된 전극을포함하는 막전극 접합체 및 연료전지
KR20080046445A (ko) 연료전지용 기체확산층, 막-전극 접합체 및 연료전지
JP2007073337A (ja) 直接メタノール形燃料電池用膜／電極接合体およびそれを用いた直接メタノール形燃料電池
WO2024048586A1 (ja) 水電解槽用膜電極接合体
CN201638894U (zh) 一种无氟质子交换膜燃料电池
JP2024063300A (ja) 水電解セル
KR20220170011A (ko) 초박막 튜브형 pem 연료전지
JP5609474B2 (ja) 燃料電池電極触媒層の製造方法
JP2006066209A (ja) 直接メタノール型燃料電池
WO2016126123A2 (ko) 연료 전지용 애노드 전극 및 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리
JP2009238499A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant