CN108550861B - 一种燃料电池用触媒层 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池用触媒层，包括初反应层、深反应层、燃料通道一、燃料通道二；所述初反应层设于所述深反应层一侧，所述初反应层内横向等距设有多个所述燃料通道一，所述深反应层内横向等距设有多个所述燃料通道二；且所述燃料通道一和所述燃料通道二之间交错设置；所述初反应层和所述深反应层之间还连通设有整流区。本发明的有益效果为：(1)本发明实现了燃料转化完全，CO反应完全，避免CO长期余存在造成的中毒，进一步提高了电极性能；(2)该触媒层质地较现有技术中的要轻，内部空间交错松散，在使用过程中可以有效的提高燃料与触媒的接触面积，同时延长了燃料在触媒层中停留的时间，即达到了燃料的更深一步的反应完全。

Description

一种燃料电池用触媒层
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种燃料电池用触媒层。
背景技术
燃料电池电动汽车属于新能源汽车的一种，是利用氢气等燃料和空气中的氧在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。
其特点为：1)能量转化效率高。燃料电池的能量转换效率可高达60～80％，为内燃机的2～3倍；2)零排放，不污染环境。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水；3)氢燃料来源广泛，可以从可再生能源获得，不依赖石油燃料。
燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
2014年2月19日据物理学家组织网报道，美国科学家开发出一种直接以生物质为原料的低温燃料电池。这种燃料电池只需借助太阳能或废热就能将稻草、锯末、藻类甚至有机肥料转化为电能，能量密度比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍。相关论文已发表在《自然》杂志子刊《自然通讯》上。
燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。这里以氢-氧燃料电池为例来说明燃料电池
氢-氧燃料电池反应原理这个反应是电解水的逆过程。电极应为：负极：H2+2OH-→2H2O+2e-
正极：1/2O2H2O 2e-→2OH-
电池反应：H2 1/2O2＝＝H2O
另外，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。
磷酸燃料电池的基本组成和反应原理是：燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物，CO和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成H2和CO2。经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极(燃料极)，同时将氧输送到燃料堆的正极(空气极)进行化学反应，借助触媒剂的作用迅速产生电能和热能。
其中，附图1为磷酸燃料电池的基本组成和反应原理图。
现有的触媒层在使用过程中会存在燃料转化不完全，CO反应不完全，导致CO长期余存在将造成中毒，降低电极性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种燃料电池用触媒层。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种燃料电池用触媒层，包括初反应层、深反应层、燃料通道一、燃料通道二；所述初反应层设于所述深反应层一侧，所述初反应层内横向等距设有多个所述燃料通道一，所述深反应层内横向等距设有多个所述燃料通道二；且所述燃料通道一和所述燃料通道二之间交错设置；所述初反应层和所述深反应层之间还连通设有整流区。
优选地，所述燃料通道一和所述燃料通道二均为曲形结构。
优选地，每个所述燃料通道一上下均填满有Pt材料。
优选地，每个所述燃料通道二上下均填满有Pt材料。
优选地，所述初反应层宽度为1.0-1.2cm。
优选地，所述深反应层宽度为0.8-0.9cm。
优选地，所述整流区宽度为所述初反应层宽度的1/4-1/3。
本发明的有益效果为：(1)本发明实现了燃料转化完全，CO反应完全，避免CO长期余存在造成的中毒，进一步提高了电极性能；(2)该触媒层质地较现有技术中的要轻，内部空间交错松散，在使用过程中可以有效的提高燃料与触媒的接触面积，同时延长了燃料在触媒层中停留的时间，即达到了燃料的更深一步的反应完全。
附图说明
附图1为现有技术中磷酸燃料电池的基本组成和反应原理图。
附图2本发明的结构示意图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
在现有的技术中，如附图1所示，燃料气体或城市煤气添加水蒸气后送到改质器，把燃料转化成H2、CO和水蒸气的混合物，CO和水进一步在移位反应器中经触媒剂转化成H2和CO2。经过如此处理后的燃料气体进入燃料堆的负极(燃料极)，同时将氧输送到燃料堆的正极(空气极)进行化学反应，借助触媒剂的作用迅速产生电能和热能。
实施例1，如附图2所示，一种燃料电池用触媒层，包括初反应层1、深反应层2、燃料通道一11、燃料通道二21；所述初反应层1设于所述深反应层2一侧，具体的，所述初反应层1设于所述深反应层2进料方向的一侧；
所述初反应层1内横向等距设有多个所述燃料通道一11，所述深反应层2内横向等距设有多个所述燃料通道二21；且所述燃料通道一11和所述燃料通道二21之间交错设置；所述初反应层1和所述深反应层2之间还连通设有整流区3，所述整流区3主要是为了将燃料初步反应之后的产生的CO充分进行整流混合，再次进行下一步的深反应工作，可以有效的使CO更加均匀的分布于每一个所述燃料通道21中。
其中，所述燃料通道一和所述燃料通道二均为曲形结构，这样就可以增加燃料的前进行程，延长了燃料和触媒之间的接触反应时间，提高了反应效率。
每个所述燃料通道一上下均填满有Pt材料，每个所述燃料通道二上下同样均填满有Pt材料。
所述初反应层宽度为1.0cm，所述深反应层宽度为0.8cm，所述整流区宽度为所述初反应层宽度的1/4。最终检测燃料反应程度为：所得H2质量分数含量为检测物质的68％，CO质量分数含量为检测物质的2％。
实施例2，所述燃料通道一和所述燃料通道二也可以为折线、蛇形结构等；所述初反应层宽度为1.2cm，所述深反应层宽度为0.9cm，所述整流区宽度为所述初反应层宽度的1/3。最终检测燃料反应程度为：所得H2质量分数含量为检测物质的78％，CO质量分数含量为检测物质的0.01％。
实施例3，所述初反应层宽度为1.1cm，所述深反应层宽度为0.85cm，所述整流区宽度为所述初反应层宽度的1/3。最终检测燃料反应程度为：所得H2质量分数含量为检测物质的73％，CO质量分数含量为检测物质的0.02％。
最终数据显示，实施例2中，当所述初反应层宽度为1.2cm，所述深反应层宽度为0.9cm，所述整流区宽度为所述初反应层宽度的1/3时，所得H2质量分数含量最为理想，CO也反应的相对彻底。
本发明的有益效果为：(1)本发明实现了燃料转化完全，CO反应完全，避免CO长期余存在造成的中毒，进一步提高了电极性能；(2)该触媒层质地较现有技术中的要轻，内部空间交错松散，在使用过程中可以有效的提高燃料与触媒的接触面积，同时延长了燃料在触媒层中停留的时间，即达到了燃料的更深一步的反应完全。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种燃料电池用触媒层，其特征在于：包括初反应层、深反应层、燃料通道一、燃料通道二；所述初反应层设于所述深反应层一侧，所述初反应层内横向等距设有多个所述燃料通道一，所述深反应层内横向等距设有多个所述燃料通道二；且所述燃料通道一和所述燃料通道二之间交错设置；所述初反应层和所述深反应层之间还连通设有整流区；所述初反应层宽度为1.0-1.2cm；所述深反应层宽度为0.8-0.9cm；所述整流区宽度为所述初反应层宽度的1/4-1/3。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用触媒层，其特征在于：所述燃料通道一和所述燃料通道二均为曲形结构。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用触媒层，其特征在于：每个所述燃料通道一上下均填满有Pt材料。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池用触媒层，其特征在于：每个所述燃料通道二上下均填满有Pt材料。
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