CN212303709U - 一种新型高温燃料电池单电池结构 - Google Patents

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谭建峰
西村顕
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Abstract

本实用新型公开了一种新型高温燃料电池单电池结构，主要涉及新能源技术领域；包括催化剂层、气体扩散层，所述催化剂层与气体扩散层之间设有微孔层，所述微孔层中设有亲水聚合物，所述微孔层中的亲水聚合物的含量自微孔层靠近气体扩散层的一端到微孔层靠近催化剂层的一端逐步降低；本实用新型能够有效的改善气体扩散不均匀和催化剂层中水的堆积的同时，利用其传热特性，将发电产生的热从催化层排出到气体扩散层，防止PEM干燥，对提高燃料电池的发电性能和使用寿命有显著的意义。

Description

一种新型高温燃料电池单电池结构
技术领域
本实用新型涉及新能源技术领域，具体是一种新型高温燃料电池单电池结构。
背景技术
质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)具有发电功率高、启动速度块、能量转化效率高等优点，在新能源汽车、国防、航天、计算机与通讯等许多领域有巨大的市场和十分广泛的应用前景。并且在温度升高时，燃料电池整体性能也相应提高，具体表现为以下四点：(1)增强两个电极的电化学反应；(2)由于PEMFC堆和冷却水的温度梯度的增加，冷却系统得到了简化；(3)增加CO的耐受性；(4)允许PEMFC使用品质较低的重置氢气。
但是，在高温工况下，PEMFC的发展依然存在一些阻碍，主要表现为单体燃料电池内的温度和气体质量浓度分布不均匀，导致了局部受热引起的局部温度升高和气体扩散不均匀，进而导致了使用寿命的降低及发电量的减少，因此针对燃料电池结构改进至关重要。针对这一问题国内外做出了大量研究，大部分是在新材料的开发和流道排布方法进行研究，但均在质子交换膜的厚度、传水性能和实用性等问题上存在各种问题，无法完全满足目前的应用需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种新型高温燃料电池单电池结构，能够有效的改善气体扩散不均匀和催化剂层中水的堆积的同时，利用其传热特性，将发电产生的热从催化层排出到气体扩散层，防止PEM干燥，对提高燃料电池的发电性能和使用寿命有显著的意义。
本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种新型高温燃料电池单电池结构，包括催化剂层、气体扩散层，所述催化剂层与气体扩散层之间设有微孔层，所述微孔层中设有亲水聚合物，所述微孔层中的亲水聚合物的含量自微孔层靠近气体扩散层的一端到微孔层靠近催化剂层的一端逐步降低。
优选的，所述微孔层中设有碳粉。
对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型的微孔层中的亲水聚合物的含量自微孔层靠近气体扩散层的一端到微孔层靠近催化剂层的一端逐步降低，会在微孔层中形成了一个水的浓度梯度，亲水聚合物含量高的一侧会想亲水聚合物低的一侧扩散水，当扩散达到一定程度时，则达到动态平衡，使质子膜持续处于一个良好的水化状态，能够改善反映气体和液态水在气体扩散层中的传递，能够有效的改善气体扩散不均匀和催化剂层中水的堆积的同时，利用其传热特性，将发电产生的热从催化层排出到气体扩散层，防止PEM干燥，对提高燃料电池的发电性能和使用寿命有显著的意义。
附图说明
附图1是本实用新型的结构示意图。
附图中标号：1、催化剂层；2、气体扩散层；3、微孔层。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例：如附图1所示，本实用新型所述是一种新型高温燃料电池单电池结构，包括催化剂层1、气体扩散层2，所述催化剂层1与气体扩散层2之间设有微孔层3，由于水平衡和热平衡对电池的性能均有着很大影响，而且对于电池的使用寿命也很关键，通过微孔层3保证电池的水平衡和热平衡。所述微孔层3中设有亲水聚合物，所述微孔层3中的亲水聚合物的含量自微孔层3靠近气体扩散层2的一端到微孔层3靠近催化剂层1的一端逐步降低，会在微孔层3中形成了一个水的浓度梯度，亲水聚合物含量高的一侧会想亲水聚合物低的一侧扩散水，当扩散达到一定程度时，则达到动态平衡，使质子膜持续处于一个良好的水化状态，能够改善反映气体和液态水在气体扩散层中的传递，能够有效的改善气体扩散不均匀和催化剂层中水的堆积的同时，利用其传热特性，将发电产生的热从催化层排出到气体扩散层，防止PEM干燥，对提高燃料电池的发电性能和使用寿命有显著的意义。
优选的，所述微孔层3中设有碳粉，碳粉在微孔层3中是一种有效的成孔剂，且可提高微孔层3的疏水性，微孔层3可由碳粉和疏水剂(PTFE)通过干法工艺加工而成。
本实用新型将高温燃料电池结构进行了改进，减少了因反应气体不均匀导致的发电性能和使用寿命性能的下降；利用燃料电池新结构中的微孔层传热功能，有效地保护了PEM不会因为干燥导致的损坏，充分的降低了设备成本，增加了设备使用寿命，提高了实用性。

Claims (2)

1.一种新型高温燃料电池单电池结构，包括催化剂层(1)、气体扩散层(2)，其特征在于：所述催化剂层(1)与气体扩散层(2)之间设有微孔层(3)，所述微孔层(3)中设有亲水聚合物，所述微孔层(3)中的亲水聚合物的含量自微孔层(3)靠近气体扩散层(2)的一端到微孔层(3)靠近催化剂层(1)的一端逐步降低。
2.根据权利要求1所述的一种新型高温燃料电池单电池结构，其特征在于：所述微孔层(3)中设有碳粉。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117039011A (zh) * 2023-07-28 2023-11-10 安徽瑞氢动力科技有限公司 一种复合微孔层及其制备方法、一种质子交换膜燃料电池

Cited By (2)

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CN117039011B (zh) * 2023-07-28 2024-06-07 安徽瑞氢动力科技有限公司 一种复合微孔层及其制备方法、一种质子交换膜燃料电池

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