CN107293772A - 燃料电池 - Google Patents

燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN107293772A
CN107293772A CN201610197851.9A CN201610197851A CN107293772A CN 107293772 A CN107293772 A CN 107293772A CN 201610197851 A CN201610197851 A CN 201610197851A CN 107293772 A CN107293772 A CN 107293772A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
reative cell
chamber
bellows
space
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
CN201610197851.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107293772B (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 CN201610197851.9A priority Critical patent/CN107293772B/zh
Priority to TW105111778A priority patent/TWI594490B/zh
Priority to US15/444,176 priority patent/US10396373B2/en
Publication of CN107293772A publication Critical patent/CN107293772A/zh
Priority to US16/448,106 priority patent/US11258080B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN107293772B publication Critical patent/CN107293772B/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
    • H01M8/10—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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H01M8/1006—Corrugated, curved or wave-shaped 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
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • 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
    • 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
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
    • 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
    • H01M8/10—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)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及一种燃料电池，其包括：一容器，所述容器包括：一反应室；一与该反应室通过进料孔连通的原料室；一设置于该进料孔上的进料盖，且该进料盖用于将该进料孔盖上或打开；一与该反应室通过排料孔连通的废料室；以及一设置于该排料孔上的排料盖，且该排料盖用于将该排料孔盖上或打开；以及一设置于该反应室内的膜电极组，该膜电极组具有一设置于该反应室内的风箱以及一与该风箱连通且从该反应室内延伸至该反应室外的换气管；所述风箱将该反应室分为风箱外部的第一电极空间和风箱内部的第二电极空间；所述风箱可以发生形变从而改变所述第一电极空间和第二电极空间的大小。

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压缩和膨胀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，其包括：一容器，所述容器包括：一环形侧壁以及连接该环形侧壁的底壁，且该环形侧壁和底壁定义一反应室；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；一设置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；以及一设置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，该膜电极组具有一设置于该反应室内的风箱以及一与该风箱连通且从该反应室内延伸至该反应室外的换气管；所述风箱将该反应室密封，从而在该密封处和该反应室的底壁之间定义一既位于反应室内又位于风箱外部的第一电极空间；所述风箱内部的空间定义为第二电极空间；所述风箱可以发生形变从而改变所述第一电极空间和第二电极空间的大小；该原料室与所述第一电极空间通过该进料孔连通，且该废料室与所述第一电极空间通过该排料孔连通；当所述第一电极空间体积变大时，，该进料盖打开且该排料盖盖上；当所述第一电极空间体积变小时，该进料盖盖上且该排料盖打开；所述膜电极组包括一支撑腔体以及一设置于该支撑腔体上的膜电极；所述膜电极包括：一质子交换膜；一设置于该质子交换膜的第一表面且位于该第一电极空间一侧的第一电极；以及一设置于该质子交换膜的第二表面且位于该第二电极空间一侧的第二电极。
如上述燃料电池，其中，所述容器包括：一环形设置的内壁，且该环形设置的内壁与该底壁定义该反应室；一环形设置的外壁，且该外壁和该内壁之间被该底壁连接并定义一储料室，该储料室被分割为该原料室和该废料室；以及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，所述换气管从该换气孔延伸出反应室外。
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，所述支撑腔体定义该风箱和该换气管，所述膜电极同时设置于该风箱和该换气管的表面。
如上述燃料电池，其中，所述风箱具有多个通孔，该膜电极将该多个通孔覆盖。
如上述燃料电池，其中，所述支撑腔体的材料为金属、聚合物、塑料或橡胶。
如上述燃料电池，其中，所述风箱的其它部分的横截面尺寸均小于该顶面的尺寸。
如上述燃料电池，其中，所述膜电极进一步包括一设置于该第一电极表面的第一电极集流体以及一设置于该第二电极表面的第二电极集流体。
如上述燃料电池，其中，所述储料室装有液体燃料；所述换气管与外界大气层连通。
如上述燃料电池，其中，所述容器还包括一燃气室；所述膜电极组具有一第一换气管和一第二换气管；所述第一换气管与该燃气室通过一进气孔连通，且一进气盖设置于该进气孔上，用于将该进气孔盖上或打开；所述第二换气管与外界大气层连通，且一排气盖设置于该第二换气管上，用于将该第二换气管的出口盖上或打开；所述储料室装有氧气或与外界大气层连通；所述燃气室装有气体燃料。
如上述燃料电池，其中，所述风箱的顶面具有最大尺寸，且该顶面的尺寸和形状与该反应室环形侧壁的内表面的尺寸和形状一致，从而将该反应室密封。
如上述燃料电池，其中，所述膜电极组进一步包括一密封组，通过该密封组件将该风箱的顶面周边与该反应室内表面之间密封。
一种燃料电池，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，该膜电极组弯折设置形成一可以伸缩的腔室，且该腔室通过一换气管与外界连通；所述腔室将该反应室密封，从而在该密封处和该反应室的底壁之间定义一既位于反应室内又位于腔室外部的第一电极空间；所述腔室内部的空间定义为第二电极空间；所述腔室可以发生形变从而改变所述第一电极空间和第二电极空间的大小；该原料室与所述第一电极空间通过该进料孔连通，且该废料室与所述第一电极空间通过该排料孔连通；当所述第一电极空间体积变大时，该进料盖打开且该排料盖盖上；当所述第一电极空间体积变小时，该进料盖盖上且该排料盖打开；所述膜电极组包括一支撑腔体以及一设置于该支撑腔体上的膜电极；所述膜电极包括：一质子交换膜；一设置于该质子交换膜的第一表面且位于该第一电极空间一侧的第一电极；以及一设置于该质子交换膜的第二表面且位于该第二电极空间一侧的第二电极。
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压缩和膨胀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支撑腔体的结构示意图。
图5为图1的燃料电池的膜电极组沿V的局部放大图。
图6为图1的燃料电池的膜电极组沿VI的局部放大图。
图7为本发明第二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 燃气室 130
容器 12 进气孔 132
内壁 120 进气盖 134
隔板 1202 膜电极组 14
外壁 121 膜电极 140
底壁 122 第二电极 141
顶壁 123 第一电极 142
换气孔 1230 质子交换膜 143
反应室 124 第二电极集流体 144
第一电极空间 1242 第一电极集流体 145
第二电极空间 1244 风箱 147
储料室 125 顶面 1470
原料室 1252 换气管 148
废料室 1254 排气盖 1480
进料孔 126 支撑腔体 149
进料盖 127 通孔 1490
排料孔 128 负载 16
排料盖 129 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。
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。所述换气孔1230的形状大小不限。
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。
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具有一设置于该反应室124内的风箱147以及一与该风箱147连通的换气管148，且该换气管148从反应室124内通过所述换气孔1230延伸至反应室124外。本发明的风箱147指可以压缩和膨胀的容器，当该风箱147被压缩时，将其内部气体排出，当该风箱147膨胀时，将其外部气体吸入其内部。进一步参见图4-6，所述膜电极组14包括一支撑腔体149以及一设置于该支撑腔体149上的膜电极140。所述支撑腔体149定义该风箱147和该换气管148。该支撑腔体149的腔壁上具有多个通孔1490。该膜电极140设置于该支撑腔体149上，且将该多个通孔1490覆盖。该多个通孔1490用于使反应原料扩散于该第一电极142或第二电极141表面。该膜电极140可以设置于该支撑腔体149的内表面，也可以设置于该支撑腔体149的外表面。该膜电极140可以仅设置于该风箱147表面，也可以同时设置于该风箱147和该换气管148表面。优选地，该膜电极140以同时设置于该风箱147和该换气管148表面。该换气管148的长度大于该顶壁123至该底壁122的距离。
所述支撑腔体149的材料可以为金属，如铜、铁或合金等导电材料，也可为聚合物、塑料、橡胶等非导电材料，只要该材料具有一定的强度，可以支撑该膜电极140，且具有一定的柔韧性，多次弯折而不会断裂即可。本实施例中，所述支撑腔体149的材料采用聚合物。可以理解，当该支撑腔体149采用金属等导电材料制备时，该支撑腔体149可以同时作为集流体使用，从而省去靠近该支撑腔体149的集流体。
所述该风箱147靠近该顶壁123的一端面定义为顶面1470。所述风箱147内部的空间形成一第二电极空间1244。该反应室124内且所述风箱147外部位于该顶面1470和该底壁122之间的空间形成一第一电极空间1242。该膜电极组14可以在该反应室124内发生形变，即压缩和膨胀，从而改变所述第一电极空间1242和第二电极空间1244的大小。该顶面1470具有最大尺寸，且该顶面1470的尺寸和形状与该反应室124内表面的尺寸和形状一致，从而将该第一电极空间1242密封。该风箱147的其它部分的横截面尺寸均小于该顶面1470的尺寸，从而使得该第一电极空间1242内的反应原料可以扩散至该膜电极140位于第一电极空间1242内的整个外表面。可以理解，所述该风箱147只要具有一截面将该反应室124密封，从而形成该第一电极空间1242即可。优选，该截面为顶面1470，从而使该第一电极空间1242内的燃料可以与风箱147的整个侧面接触。当该顶面1470形状和尺寸与该反应室124内表面的尺寸和形状不一致时，可以通过设置密封组件将该顶面1470周边与该反应室124内表面之间密封。
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第一电极空间1242一侧的第一电极142；一设置于该第二表面且位于该第二电极空间1244一侧的第二电极141。可选择地，所述膜电极140还可以包括一设置于该第一电极142表面的第一电极集流体145以及一设置于该第二电极141表面的第二电极集流体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。所述第一电极142与第二电极141均包括扩散层与催化剂材料。所述第一电极142与第二电极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。所述第一电极142与第二电极141的催化剂材料可以根据实际需要选择。所述第一电极集流体145和第二电极集流体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，所述第一电极集流体145和第二电极集流体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，所述第一电极集流体145和第二电极集流体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。所述第二电极141为阴极电极，其包括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。所述第一电极142为阳极电极，其包括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。所述第一电极集流体145和第二电极集流体144均为一具有通孔的铜箔。
所述燃料电池10使用时，将该第一电极集流体145和第二电极集流体144通过导线18连接到负载16。在燃料电池10工作过程中，当该风箱147膨胀变性时，所述第一电极空间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进入所述第一电极空间1242，同时所述第二电极空间1244内的压强变小，外界空气通过换该换气管148进入所述第二电极空间1244；当该风箱147收缩变性时，所述第一电极空间1242的压强变大，所述进料盖127关闭，所述排料盖129打开，反应废料从所述第一电极空间1242排入所述废料室1254，同时所述第二电极空间1244内的压强变大，所述第二电极空间1244内的废气通过该换气管148排出。
在所述第一电极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到达第二电极141，反应生成的电子则通过阳极连接端1466进入外电路；在所述第二电极141一端，空气中的氧气扩散到该第二电极141的同时，电子则通过外电路到达该第二电极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，在该第一电极142与该第二电极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。
请参阅图7，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。
本发明第二实施例提供的燃料电池10A与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，所述容器12进一步包括一燃气室130；所述膜电极组14包括两个换气管148；其中，第一换气管148与该燃气室130通过进气孔132连通，且进一步包括一进气盖134设置于该进气孔132上，用于将该进气孔132盖上或打开；第二换气管148与外界大气层连通，且进一步包括一排气盖1480设置于该第二换气管148的出口处，用于将该第二换气管148的出口盖上或打开。当该燃气室130一侧的压力大于该第二电极空间1244一侧的压力时，该进气盖134打开，反之则盖上。当该第二电极空间1244一侧的压力大于外界大气压力时，该排气盖1480打开，反之则盖上。可以理解，所述进气盖134和排气盖1480的设置位置不限，只要这是于换气管148内或换气管148端部即可。可以理解，当所述气体燃料，例如氢气，在所述第二电极141的催化作用下反应后不会形成废气时，所述第二换气管148也可以省略。
本实施例中，所述燃气室130用于储存气体燃料，例如氢气、乙醇等。所述原料室1252则用于储存氧气或空气。可以理解，当储存空气时，只要将该原料室1252与外界大气层连通即可，或者可以省去该原料室1252。所述第一电极142为阴极电极，所述第二电极141为阳极电极，所述第一电极142和所述第二电极141均包括碳纳米管层及分布于该碳纳米管层中的贵金属催化剂。可以理解，由于所述膜电极组14外表面一侧为阴极电极，因此，反应生成的水可以顺着该膜电极组14外表面流到第一电极空间1242底部，以便于通过排料孔128排到废料室1254。
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 (13)

1.一种燃料电池，其特征在于，其包括：
一容器，所述容器包括：
一环形侧壁以及连接该环形侧壁的底壁，且该环形侧壁和底壁定义一反应室；
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；
一设置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；以及
一设置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，该膜电极组具有一设置于该反应室内的风箱以及一与该风箱连通且从该反应室内延伸至该反应室外的换气管；所述风箱将该反应室密封，从而在该密封处和该反应室的底壁之间定义一既位于反应室内又位于风箱外部的第一电极空间；所述风箱内部的空间定义为第二电极空间；所述风箱可以发生形变从而改变所述第一电极空间和第二电极空间的大小；该原料室与所述第一电极空间通过该进料孔连通，且该废料室与所述第一电极空间通过该排料孔连通；当所述第一电极空间体积变大时，，该进料盖打开且该排料盖盖上；当所述第一电极空间体积变小时，该进料盖盖上且该排料盖打开；所述膜电极组包括一支撑腔体以及一设置于该支撑腔体上的膜电极；所述膜电极包括：
一质子交换膜；
一设置于该质子交换膜的第一表面且位于该第一电极空间一侧的第一电极；以及
一设置于该质子交换膜的第二表面且位于该第二电极空间一侧的第二电极。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述容器包括：
一环形设置的内壁，且该环形设置的内壁与该底壁定义该反应室；
一环形设置的外壁，且该外壁和该内壁之间被该底壁连接并定义一储料室，该储料室被分割为该原料室和该废料室；以及
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，所述换气管从该换气孔延伸出反应室外。
3.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。
4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述支撑腔体定义该风箱和该换气管，所述膜电极同时设置于该风箱和该换气管的表面。
5.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述风箱具有多个通孔，该膜电极将该多个通孔覆盖。
6.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述支撑腔体的材料为金属、聚合物、塑料或橡胶。
7.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述风箱的其它部分的横截面尺寸均小于该顶面的尺寸。
8.如权利要求1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第一电极表面的第一电极集流体以及一设置于该第二电极表面的第二电极集流体。
9.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述储料室装有液体燃料；所述换气管与外界大气层连通。
10.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述容器还包括一燃气室；所述膜电极组具有一第一换气管和一第二换气管；所述第一换气管与该燃气室通过一进气孔连通，且一进气盖设置于该进气孔上，用于将该进气孔盖上或打开；所述第二换气管与外界大气层连通，且一排气盖设置于该第二换气管上，用于将该第二换气管的出口盖上或打开；所述储料室装有氧气或与外界大气层连通；所述燃气室装有气体燃料。
11.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述风箱的顶面具有最大尺寸，且该顶面的尺寸和形状与该反应室环形侧壁的内表面的尺寸和形状一致，从而将该反应室密封。
12.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述膜电极组进一步包括一密封组，通过该密封组件将该风箱的顶面周边与该反应室内表面之间密封。
13.一种燃料电池，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，该膜电极组弯折设置形成一可以伸缩的腔室，且该腔室通过一换气管与外界连通；所述腔室将该反应室密封，从而在该密封处和该反应室的底壁之间定义一既位于反应室内又位于腔室外部的第一电极空间；所述腔室内部的空间定义为第二电极空间；所述腔室可以发生形变从而改变所述第一电极空间和第二电极空间的大小；该原料室与所述第一电极空间通过该进料孔连通，且该废料室与所述第一电极空间通过该排料孔连通；当所述第一电极空间体积变大时，该进料盖打开且该排料盖盖上；当所述第一电极空间体积变小时，该进料盖盖上且该排料盖打开；所述膜电极组包括一支撑腔体以及一设置于该支撑腔体上的膜电极；所述膜电极包括：
一质子交换膜；
一设置于该质子交换膜的第一表面且位于该第一电极空间一侧的第一电极；以及
一设置于该质子交换膜的第二表面且位于该第二电极空间一侧的第二电极。
CN201610197851.9A 2016-03-31 2016-03-31 燃料电池 Active CN107293772B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610197851.9A CN107293772B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 燃料电池
TW105111778A TWI594490B (zh) 2016-03-31 2016-04-15 燃料電池
US15/444,176 US10396373B2 (en) 2016-03-31 2017-02-27 Proton exchange membrane fuel cell with a bellows-shaped membrane electrode assembly device
US16/448,106 US11258080B2 (en) 2016-03-31 2019-06-21 Proton exchange membrane fuel cell with a bellows-shaped membrane electrode assembly device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610197851.9A CN107293772B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 燃料电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107293772A true CN107293772A (zh) 2017-10-24
CN107293772B CN107293772B (zh) 2019-09-17

Family

ID=59959728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610197851.9A Active CN107293772B (zh) 2016-03-31 2016-03-31 燃料电池

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10396373B2 (zh)
CN (1) CN107293772B (zh)
TW (1) TWI594490B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108183289A (zh) * 2018-01-16 2018-06-19 苏州讴德新能源发展有限公司 一种便携空气燃料电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1405913A (zh) * 2001-08-16 2003-03-26 亚太燃料电池科技股份有限公司 具有均布压力装置的燃料电池
US20040028973A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-12 Pan Alfred I-Tsung Metal coated polymer electrolyte membrane having a reinforcement structure
CN101083327A (zh) * 2006-05-24 2007-12-05 奇鋐科技股份有限公司 薄型燃料电池装置

Family Cites Families (10)

* 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
CN1949577A (zh) * 2005-10-14 2007-04-18 中国科学院过程工程研究所 生物反应器－直接微生物燃料电池及其用途
CN2863238Y (zh) * 2006-01-27 2007-01-31 北京金能燃料电池有限公司 气体发生器
EP2153485B1 (de) * 2007-05-25 2019-01-09 Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG Mit flüssiggas betriebenes brennstoffzellensystem
CN100499240C (zh) * 2007-12-14 2009-06-10 哈尔滨工程大学 以气体扩散电极为阴极的单室微生物燃料电池
US9518577B2 (en) * 2008-06-27 2016-12-13 Lynntech, Inc. Apparatus for pumping a fluid
CN101859908B (zh) * 2010-06-21 2012-07-11 哈尔滨工程大学 微生物燃料电池及其提高微生物燃料电池产电性能的方法
CN101916873B (zh) * 2010-08-18 2012-11-21 天津理工大学 一种圆柱型微生物燃料电池
CN101924228B (zh) * 2010-08-25 2012-11-21 天津理工大学 一种微生物燃料电池及其处理苯胺废水的方法
CN106299383B (zh) * 2015-05-28 2018-11-30 清华大学 燃料电池模组

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1405913A (zh) * 2001-08-16 2003-03-26 亚太燃料电池科技股份有限公司 具有均布压力装置的燃料电池
US20040028973A1 (en) * 2002-08-07 2004-02-12 Pan Alfred I-Tsung Metal coated polymer electrolyte membrane having a reinforcement structure
CN101083327A (zh) * 2006-05-24 2007-12-05 奇鋐科技股份有限公司 薄型燃料电池装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108183289A (zh) * 2018-01-16 2018-06-19 苏州讴德新能源发展有限公司 一种便携空气燃料电池

Also Published As

Publication number Publication date
US20170288242A1 (en) 2017-10-05
US20190305341A1 (en) 2019-10-03
US11258080B2 (en) 2022-02-22
TW201735427A (zh) 2017-10-01
US10396373B2 (en) 2019-08-27
TWI594490B (zh) 2017-08-01
CN107293772B (zh) 2019-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4367477B2 (ja) 燃料電池
US7615303B2 (en) Direct methanol fuel cell and portable computer having the same
KR20090063213A (ko) 연료 전지 어셈블리
JP2006019145A (ja) 燃料電池及びこれを搭載した電子機器
US7758987B2 (en) Fuel cell system
EP1930976B1 (en) Consumer battery comprising a fuel cell
US10707503B2 (en) Proton exchange membrane fuel cell with a movable membrane electrode assembly device
CN107293772A (zh) 燃料电池
CN110176615A (zh) 制造燃料电池的方法
CN1985392A (zh) 高分子电解质型燃料电池
US20050014037A1 (en) Fuel cell with recombination catalyst
CN100590921C (zh) 质子交换膜燃料电池
JP2003308869A (ja) 燃料電池
CN100334767C (zh) 液体燃料供给型燃料电池
JP2007134159A (ja) 燃料電池
CN103975471A (zh) 用于制造被动式直接甲醇燃料电池的方法及被动式直接甲醇燃料电池
JP2007335367A (ja) 燃料電池
KR100415397B1 (ko) 고분자 전해질형 연료전지용 지지체
JP2024063300A (ja) 水電解セル
KR200198592Y1 (ko) 고분자 전해질형 연료전지용 지지체
KR20220170011A (ko) 초박막 튜브형 pem 연료전지
JP5151250B2 (ja) 燃料電池および燃料電池用セパレータ
CN111682240A (zh) 一种具有燃料腔的被动式直接甲醇燃料电池及其组装方法
JP2007335247A (ja) 燃料電池を有する電子機器
KR20050077615A (ko) 연료 전지 시스템

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