CN110943236A - 燃料电池活性炭布 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无纺布滤材的技术领域，具体地说，涉及一种燃料电池活性炭布。所述燃料电池活性炭布包括有依次层叠的无纺布层、熔喷布层、活性炭层以及底材层；其中，所述无纺布层的密度为5至15g/m2，厚度为0.05至0.15mm；所述熔喷布层的密度为20至40g/m2，厚度为0.1至0.3mm；所述活性炭层的密度为300至500g/m2；所述底材层的密度为50至150g/m2。通过依次层叠的无纺布层、熔喷布层、活性炭层以及底材层；在相同的过滤面积内，能在最短时间内达到最大的过滤效果；同时，改性炭能有针对性地吸附分解燃料电池产生的酸性气体，使酸性气体能被最大的吸附分解；同时降低了生产成本，提高了生产效益延长了燃料电池活性炭布的使用寿命对改善酸性的大气环境做出了重大的贡献。

Description

燃料电池活性炭布
技术领域
本发明无纺布滤材的技术领域，具体地说，涉及一种燃料电池活性炭布。
背景技术
燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的电化学装置。按电解质性质，燃料电池可细分为有碱性燃料电池 (AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC)。2.从工作方式来看，燃料电池较接近于汽油或柴油发电机。但燃料电池发电是直接将燃料的化学能转变为电能，步骤少、效率高，发电过程中没有燃烧，所以不会产生污染，没有转动组件，所以噪声低。
从燃料电池性能和特征上看，碱性燃料电池发展较早，具有启动快、效率高的特点，但由于其寿命短、成本高、对氧化剂要求较高等因素限制了其应用，仅在宇航飞船和潜艇等领域使用；质子交换膜燃料电池是目前研发热门技术，具有功率密度高、启动快、可用空气作为氧化剂，广泛应用在交通、便携式电源、电站、军事之中.
目前生产成本还较高，急需扩大规模降低成本；磷酸燃料电池技术发展最为成熟，主要用于电站应用，由于发电效率较低，目前逐渐被取代。
熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池具有发电效率高、燃料广、内建重整能力在电站方面具有独特的优势。由于属于高温燃料电池技术，限制了其在交通运输车辆中的使用。
由以上燃料电池技术背景可以看出来，现有的燃料电池活性炭布存在以下一系列问题：
1.碳纸/碳布的造价成本高问题。碳纸/碳布约占整个燃料电池的20-30％之成本，这是因为全球就燃料电池之气体扩散层其碳纸、碳布的供需已形成一个寡占市场情况，燃料电池之气体扩散层(GDL碳电极)用关键材料为的碳纸及碳布。由于市场的需求一直增加，碳纸、碳布销售之价格将持续强竞，甚至在不久的未来价格会继续上扬。
技术垄断问题。目前全球的材料供应商的国家仅有日本、美国及德国三家。日本已从2010年起提高了产品售价18％，其必须供应给波音公司之碳纤产品已占据其绝大部分之产能直至2015年，且几乎停止出口燃料电池组件(碳纸、碳布)至其它国家。
腐蚀性问题。酸碱性燃料电池的电解质通过化学反应时会产生酸性气体 SO2，NO2，目前的技术未能高效地将这两种去除，因为这两种气体在去除的过程中会发生可逆反应。这样的气体溢出会影响空气质量，还会产生酸雨。
散热问题。由于燃料电池在发动机附近，热量较大，所以活性炭布必须要能疏散热量，目前的碳布普遍没能达到这个要求。
5.使用寿命问题。热量过高对燃料电池的质子交换膜造成很大的伤害，使质子交换膜的使用寿命大大缩短，同时也使燃料电池的使用寿命缩短30％。
6.疏水性问题。个别的燃料电池在使用过程中由于使用酸碱电解质时产生的水分，造成燃料电池的使用性能下降。
燃料电池活性炭布使用效率低的问题。现有的燃料电池活性炭布在使用的过程中，不能很好地吸附电池产生的酸性气体，因为它们仅仅是通过物理吸附来消除酸性气体。
因此，有必要提供一种技术手段以解决上述缺陷。
发明内容
本发明是这样实现的，一种燃料电池活性炭布，所述燃料电池活性炭布包括有依次层叠的无纺布层、熔喷布层、活性炭层以及底材层；
其中，所述无纺布层的密度为5至15g/m2，厚度为0.05至0.15mm；所述熔喷布层的密度为20至40g/m2，厚度为0.1至0.3mm；所述活性炭层的密度为300至500g/m2；所述底材层的密度为50至150g/m2。
优选的，所述无纺布层的密度为10g/m2，厚度为0.1mm。
优选的，所述熔喷布层的密度为30g/m2，厚度为0.2mm。
优选的，所述活性炭层密度为400g/m2。
优选的，所述活性炭层以及所述底材层之间还设有胶层；所述胶层的密度 30g/m2，所述胶层以及所述活性炭层的总厚度为0.4mm。
优选的，所述底材层的密度为100g/m2，厚度为0.5mm。
优选的，还包括有骨架；所述无纺布层、所述熔喷布层、所述活性炭层以及所述底材层设于所述骨架内。
优选的，所述骨架由疏水性材料制成。更为具体的，疏水性材料为氟化聚乙烯。
本发明所涉及到一种燃料电池活性炭布，通过依次层叠的无纺布层、熔喷布层、活性炭层以及底材层；在相同的过滤面积内，能在最短时间内达到最大的过滤效果；同时，改性炭能有针对性地吸附分解燃料电池产生的酸性气体，使酸性气体能被最大的吸附分解；同时降低了生产成本，提高了生产效益延长了燃料电池活性炭布的使用寿命对改善酸性的大气环境做出了重大的贡献。
附图说明
图1为本发明所涉及到的一种燃料电池活性炭布的整体示意图(除去骨架)；
标记说明：无纺布层1、熔喷布层2、活性炭层3、底材层4；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
本发明的一较佳实施例，该实施例是这样实现的，一种燃料电池活性炭布，所述燃料电池活性炭布包括有依次层叠的无纺布层1、熔喷布层2、活性炭层3以及底材层4；
更为具体的，熔喷布层2通过采用熔喷喷丝的形式喷出，且熔喷布层2 均通过静电驻极技术使其表面带有静电，熔喷布层2由于纤维细密及静电作用能有效地过滤细小颗粒物；并且无纺布层1有保护、支撑及拦截的作用。而活性炭层能够快速地吸附分解无机气体。
更为具体的，活性炭层3采用的是比表面积更大的椰壳活动炭，先将椰壳活性炭浸泡高浓度的碱性溶液NAOH，此外，在使用的过程中，在制作活性炭层时，在活性炭层中加入钾盐，这样便能将SO2，NO2高效地去除。
需要补充以及解释的是，燃料电池的化学气体及反应过程：
当电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)，负极的电极反应式为：H2+ 2e－＝2H+；正极是O2得到电子，即：O2+4e－＝2O2－，O2－在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2－+2H+＝H2O,SO2 气体在电池的负极产生溢出。同理，电解质是H2NO3溶液时，NO2气体也在电池的负极产生溢出。所以在活性炭浸泡过NAOH，并在活性炭层中加入有钾盐，明显可得一下结果，2NaOH+SO2(少量)＝Na2SO3+H2O；NaOH+ SO2(过量)＝NaHSO3当氢氧化钾过量时，2KOH+SO2＝K2SO3+H2O当氢氧化钾少量时，KOH+SO2＝KHSO3；同理，电解质为硝酸时2NaOH+2NO2＝NaNO2+NaNO3+H2O；2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O；故此活性炭层便能将SO2，NO2高效地去除。
更为具体的，所述无纺布层1的密度为5至15g/m2；厚度为0.05至0.15mm；所述熔喷布层2的密度为20至40g/m2，厚度为0.1至0.3mm；所述活性炭层 3的密度为300至500g/m2；所述底材层的密度为50至150g/m2。
更为具体的，所述无纺布层1的密度为10g/m2，厚度为0.1mm。
更为具体的，所述熔喷布层2的密度为30g/m2，厚度为0.2mm。
更为具体的，所述活性炭层3的密度为400g/m2。
更为具体的，所述活性炭层3以及所述底材层之间还设有胶层；所述胶层的密度/30g/m2，所述胶层以及所述活性炭层3的总厚度为0.4mm。
更为具体的，所述底材层4的密度为100g/m2，厚度为0.5mm。
更为具体的，还包括有骨架；所述无纺布层1、所述熔喷布层2、所述活性炭层3以及所述底材层4设于所述骨架内。
更为具体的，所述骨架由疏水性材料制成。由于骨架由疏水性材料，能有效将以上反应产生的水分留在骨架上面，再通过外部发动机将多余的热量蒸发掉。此外，将透气大的骨架浸有机树脂能有效地阻隔过高的热量，有效的保护了交换质子。更为具体的，疏水性材料为氟化聚乙烯。
本发明所涉及到一种燃料电池活性炭布，通过依次层叠的无纺布层、熔喷布层、活性炭层以及底材层；解决了燃料电池活性炭布造价高的问题，能将碳布的造价降到燃料电池造价的10％-18％。解决了技术垄断问题，将活性炭布推广给到下游客户量产，做成滤芯使用。解决腐蚀性问题，将SO2，NO2这两种气体高效地去除。解决散热问题，利用多孔性高透气的材料让高的热量散发出去。解决疏水性问题，利用疏水性材料做成的骨架能有效解决疏水性的问题。解决使用寿命的问题，在疏水性的骨架上浸有机树脂，能避免高热量对质子交换膜造成伤害，同时提高了燃料电池活性炭布的使用寿命
以上所述仅为本发明较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.燃料电池活性炭布，其特征在于：所述燃料电池活性炭布包括有依次层叠的无纺布层、熔喷布层、活性炭层以及底材层；
其中，所述无纺布层的密度为5至15g/m2，厚度为0.05至0.15mm；所述熔喷布层的密度为20至40g/m2，厚度为0.1至0.3mm；所述活性炭层的密度为300至500g/m2；所述底材层的密度为50至150g/m2。
2.根据权利要求1所述燃料电池活性炭布，其特征在于：所述无纺布层的密度为10g/m2，厚度为0.1mm。
3.根据权利要求1所述燃料电池活性炭布，其特征在于：所述熔喷布层的密度为30g/m2，厚度为0.2mm。
4.根据权利要求1所述燃料电池活性炭布，其特征在于：所述活性炭层密度为400g/m2。
5.根据权利要求1-4任一项所述燃料电池活性炭布，其特征在于：所述活性炭层以及所述底材层之间还设有胶层；所述胶层的密度30g/m2，所述胶层以及所述活性炭层的总厚度为0.4mm。
6.根据权利要求1所述燃料电池活性炭布，其特征在于：所述底材层的密度为100g/m2，厚度为0.5mm。
7.根据权利要求1所述燃料电池活性炭布，其特征在于：还包括有骨架；所述无纺布层、所述熔喷布层、所述活性炭层以及所述底材层设于所述骨架内。
8.根据权利要求7所述燃料电池活性炭布，其特征在于：所述骨架由疏水性材料制成。
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