CN112186198A - 一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用碳纳米管纸作为阳极气体扩散层的直接甲醇燃料电池，设计由碳纳米管纸喷涂商业的铂钌催化剂制得的阳极扩散电极以及由商业碳纸喷涂商业的铂碳催化剂制得的阴极扩散电极；且通过设计阳极扩散电极、阴极扩散电极以及质子交换膜的安装方式，达到有效可靠的密封性能。本发明能够减小甲醇渗透，增大催化剂接触面积，减小阴极水淹的几率，提高电池的性能，延长电池的寿命和耐久性。

Description

一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池
技术领域
本发明属于质子交换膜燃料电池领域，涉及一种直接甲醇燃料电池。
背景技术
直接甲醇燃料电池较传统的锂电池具有更高的密度，其能量密度理论上能够达到锂电池的五倍，并且相对氢燃料电池甲醇以溶液的最近广泛受到关注，但实际应用中，作为传输质子的Nafion膜，但是用甲醇时会存在严重的甲醇渗透问题，降低电池性能，同时低温的直接甲醇燃料电池在阴极会产生水淹问题，阻碍传质，降低电池的性能，对电池的寿命和稳定性造成影响。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，碳纳米管纸较小的孔径可以降低甲醇渗透，碳纳米管较大的表面积可以增大催化剂的接触面积，可以生成更小的气泡，减小对传质的阻碍，并能够减少阳极水向阴极的渗透，从而提高电池的寿命和稳定性。
本发明阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，包括燃料腔，阳极端板，阳极集流板，阳极胶垫，阳极胶垫，阴极集流板，阴极端板与膜电极组件。
其中，燃料腔，阳极端板，阳极集流板，阳极胶垫，阴极胶垫，阴极集流板，阴极端板，由后至前设置将膜电极组件夹紧固定。
膜电极组件包括阳极扩散电极，阴极扩散电极与质子交换膜；其中膜电极组件中阳极扩散电极由碳纳米管纸制得。
本发明的优点在于：
1、本发明阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，相比传统的直接甲醇燃料电池膜电极，CNT纸较小的孔径分布可以降低甲醇的渗透，较少阳极水向阴极方向的扩散，减少水淹，从而可以使电池能够工作在更高的甲醇浓度下。
2、本发明阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，CNT纸具有较大的表面积，喷涂催化剂后，能够使催化剂与甲醇有更大的接触面积，提高反速率，提高电池的性能。
附图说明
图1为本发明阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池示意图。
图中：
1-固定螺栓 2-燃料腔 3-阳极端板
4-阳极集流板 5-阳极胶垫 6-阴极胶垫
7-阴极集流板 8-阴极端板 9-锁紧螺母
10-膜电极组件 10a-阳极扩散层 10b-阳极催化层
10c-阴极扩散层 10d-阴极催化层 10e-质子交换膜
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，包括固定螺栓1，燃料腔2，阳极端板3，阳极集流板4，阳极胶垫5，阴极胶垫6，阴极集流板7，阴极端板8，锁紧螺母9与膜电极组件10，如图1所示。
其中，燃料腔2、阳极端板3、阳极集流板4、阳极胶垫5、阴极胶垫6、阴极集流板7、阴极端板8由后至前设置，均为矩形结构，四角处开孔，通过4个固定螺栓9依次穿过各通孔后由锁紧螺母9拧紧固定，将上述各部件固定为一整体；且固定后相邻两部件间相对侧面间紧密贴合。上述阳极集流板4与阴极集流板7顶部具有用于电池的阳极和阴极向负载供电伸出端；同时，通过在阳极胶垫5与阴极胶垫6中心处开有尺寸相同的矩形孔，分别用于设置膜电极组件10。
上述阳极端板2与阳极集流板4上开有相互对应的横向的条形孔，用于传输阳极燃料甲醇溶液和排放二氧化碳；且阳极端板2与阳极集流板4上的条形孔均位于阳极胶垫5上的矩形开孔在阳极集流板4上的投影内；同样，阴极端板8和阴极集流板7上开有相互对应的横向条形孔，用于传输阴极燃料空气和生成物水；且阴极端板8与阴极集流板7上的条形孔均位于阴极胶垫6上的矩形开孔在阴极集流板4上的投影内。
所述膜电极组件10位于阳极集流板4与阴极集流板7之间，包括由阳极扩散层10a和阳极催化层10b组成的阳极扩散电极，由阴极扩散层10c与阴极催化层10d组成的阴极扩散电极，以及质子交换膜10e。
所述阳极扩散电极与阴极扩散电极分别位于质子交换膜10e后侧与前侧。其中，阳极扩散电极由碳纳米管纸喷涂商业的铂钌催化剂制得；阳极扩散层13由CNT纸制得；阳极催化层10b为喷涂在阳极扩散层10a前侧面的铂钌催化剂。阴极扩散电极由商业碳纸喷涂商业的铂碳催化剂制得；阴极扩散层10c使用商业的气体扩散层，阴极催化层10d为喷涂在阴极扩散层10c后侧面的铂碳催化剂；质子交换膜10e采用商业的质子交换膜。
上述阳极扩散电极的阳极催化层10b与质子交换膜10e后侧面贴合设置，阴极扩散电极的阴极催化层10d与质子交换膜10e的前侧面贴合，且利用热压制备形成整体矩形结构膜电极组件10。
上述结构的膜电极组件10位于阳极集流板4与阴极集流板7之间，其中，阳极扩散电极与阴极扩散电极尺寸相同，均小于质子交换膜10e尺寸。阳极扩散电极位于阳极胶垫5中心矩形孔内；阴极扩散电极位于阴极胶垫6中心矩形孔内；且阳极扩散电极与阴极扩散电极的尺寸略小于阳极胶垫5与阴极胶垫6中心矩形孔尺寸；同时质子交换膜10e的尺寸大于阳极胶垫5与阴极胶垫6中心矩形孔尺寸，使在各部件固定后，质子交换膜10e周向外缘周向上夹紧于阳极胶垫5与阴极胶垫6之间，实现有效密封。
最终膜电极组件10被夹在阳极集流板4与阴极集流板7之间，两侧分别与阳极集流板4和阴极集流板7直接接触，由膜电极组件两侧分别遮挡住阳极集流板4和阴极集流板7上的条形孔。由此，阳极燃料甲醇在膜电极组件10靠阳极侧反应，阴极燃料氧气在膜电极组件10靠阴极侧反应，质子交换膜10e用来传导氢离子，气体基本不会通过膜电极组件。
通过上述结构的直接甲醇燃料电池，实现了燃料电池的夹紧固定，且降低燃料电池的接触电阻，提高电池性能。

Claims (6)

1.一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，包括燃料腔，阳极端板，阳极集流板，阳极胶垫，阳极胶垫，阴极集流板，阴极端板与膜电极组件；其中，燃料腔，阳极端板，阳极集流板，阳极胶垫，阴极胶垫，阴极集流板，阴极端板，由后至前设置将膜电极组件夹紧固定；膜电极组件包括阳极扩散电极，阴极扩散电极与质子交换膜；其特征在于：膜电极组件中阳极扩散电极由碳纳米管纸制得。
2.如权利要求1一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，其特征在于：碳纳米管纸上喷涂铂钌催化剂。
3.如权利要求1一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，其特征在于：阴极扩散电极由商业碳纸喷涂商业的铂碳催化剂制得。
4.如权利要求1一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，其特征在于：阳极扩散电极、阴极扩散电极与质子交换膜三者间利用热压制备形成整体。
5.如权利要求1所述一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，其特征在于：膜电极组件中阳极扩散电极位于阳极胶垫上的开孔内；阴极扩散电极位于阴极胶垫上的开孔内，使膜电极组件位于阳极集流板与阴极集流板之间，两侧分别与阳极集流板和阴极集流板直接接触，由膜电极组件两侧分别遮挡住阳极集流板和阴极集流板上的条形孔。
6.如权利要求5所述一种阳极使用碳纳米管纸作为扩散层的直接甲醇燃料电池，其特征在于：阳极扩散电极与阴极扩散电极尺寸均小于质子交换膜尺寸；质子交换膜的尺寸大于阳极胶垫与阴极胶垫上开孔尺寸。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114464831A (zh) * 2022-02-10 2022-05-10 北京航空航天大学 一种质子交换膜燃料电池电堆

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101219378A (zh) * 2007-12-26 2008-07-16 华南师范大学 一种直接甲醇燃料电池电催化剂的制备方法
CN101406833A (zh) * 2008-11-19 2009-04-15 华南师范大学 一种直接甲醇燃料电池碳载Pt基催化剂的制备方法
CN101599550A (zh) * 2009-07-02 2009-12-09 哈尔滨工业大学 平面式自呼吸微型直接甲醇燃料电池组结构与制备方法
US20120141907A1 (en) * 2012-01-03 2012-06-07 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Fuel cell membrane electrode assembly
US20120308912A1 (en) * 2011-06-02 2012-12-06 Hong Suk-Gi Catalyst slurry, electrode prepared by using the catalyst slurry, and fuel cell including the electrode
CN103035937A (zh) * 2013-01-10 2013-04-10 中国科学院长春应用化学研究所 自呼吸甲醇燃料电池堆及其系统
CN103066307A (zh) * 2013-01-15 2013-04-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种自呼吸直接甲醇燃料电池
CN103956509A (zh) * 2014-05-19 2014-07-30 哈尔滨工业大学 陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池
CN104577147A (zh) * 2015-01-22 2015-04-29 哈尔滨工业大学 一种基于cnt材料的高稳定性直接甲醇燃料电池膜电极
CN104600323A (zh) * 2015-01-22 2015-05-06 哈尔滨工业大学 一种基于碳纳米管纸阳极的高输出功率直接甲醇燃料电池膜电极
CN105098204A (zh) * 2014-05-19 2015-11-25 吉林师范大学 一种基于镁合金的微型甲醇燃料电池及其制备方法
CN108963307A (zh) * 2018-05-23 2018-12-07 哈尔滨工业大学 具有微通道的微型直接甲醇燃料电池及微通道的处理方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101219378A (zh) * 2007-12-26 2008-07-16 华南师范大学 一种直接甲醇燃料电池电催化剂的制备方法
CN101406833A (zh) * 2008-11-19 2009-04-15 华南师范大学 一种直接甲醇燃料电池碳载Pt基催化剂的制备方法
CN101599550A (zh) * 2009-07-02 2009-12-09 哈尔滨工业大学 平面式自呼吸微型直接甲醇燃料电池组结构与制备方法
US20120308912A1 (en) * 2011-06-02 2012-12-06 Hong Suk-Gi Catalyst slurry, electrode prepared by using the catalyst slurry, and fuel cell including the electrode
US20120141907A1 (en) * 2012-01-03 2012-06-07 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Fuel cell membrane electrode assembly
CN103035937A (zh) * 2013-01-10 2013-04-10 中国科学院长春应用化学研究所 自呼吸甲醇燃料电池堆及其系统
CN103066307A (zh) * 2013-01-15 2013-04-24 中国科学院长春应用化学研究所 一种自呼吸直接甲醇燃料电池
CN103956509A (zh) * 2014-05-19 2014-07-30 哈尔滨工业大学 陶瓷化铝合金基自呼吸醇类燃料电池
CN105098204A (zh) * 2014-05-19 2015-11-25 吉林师范大学 一种基于镁合金的微型甲醇燃料电池及其制备方法
CN104577147A (zh) * 2015-01-22 2015-04-29 哈尔滨工业大学 一种基于cnt材料的高稳定性直接甲醇燃料电池膜电极
CN104600323A (zh) * 2015-01-22 2015-05-06 哈尔滨工业大学 一种基于碳纳米管纸阳极的高输出功率直接甲醇燃料电池膜电极
CN108963307A (zh) * 2018-05-23 2018-12-07 哈尔滨工业大学 具有微通道的微型直接甲醇燃料电池及微通道的处理方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李苗苗等: "阳极流场结构对直接甲醇燃料电池性能影响研究", 《科技导报》 *
欧阳波仪，旷庆祥主编: "《新能源汽车概述》", 31 January 2019, 北京：北京理工大学出版社 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114464831A (zh) * 2022-02-10 2022-05-10 北京航空航天大学 一种质子交换膜燃料电池电堆

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