毛细管调阴极水补给阳极的自增湿质子交换膜燃料电池组制造技术

毛细管调阴极水补给阳极的自增湿质子交换膜燃料电池组，涉及一种燃料电池组。现在实现电池自增湿的装置会使电池变得复杂，成本也大幅增加。本发明专利技术在单体电池的氢电极催化层２－１与相邻电池的氧电极催化层２－２之间设置有毛细管路５，在电池组正极输出端６的氧电极催化层２－２与负极输出端７的氢电极催化层２－１之间设有用于连通的独立毛细管路８。本发明专利技术通过连接氧电极催化层与氢电极催化层的毛细管路将氧电极多余的水及时传输到氢电极，从而从根本上解决氢电极缺水的矛盾，本发明专利技术通过在结构上的优化，可以有效的将电池阴极生成水的多余部分转移到阳极，实现阳极自增湿，它的系统简单，水利用充分，利于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
毛细管调阴极水补给阳极的自增湿质子交换膜燃料电池组
：本专利技术涉及一种燃料电池组，特别是一种质子交换膜燃料电池组。
技术介绍
：燃料电池是本世纪理想的能源转换装置，它是一种直接将存储在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置。燃料电池工作时，氧电极会生成水，但由于电迁移的原因，氢电极是缺水的，因为缺水，电池不能正常工作，因此，若维持燃料电池连续稳定地正常工作，维持电池中水的平衡是必需的。加湿是保持水平衡很有效的措施，为了达到加湿的目的，现在多是设置加湿系统，但这种设置会使电池变得复杂，电池的成本也因此而大幅增加。有人提出电池自增湿技术，目的就是如何将氧电极生成的水有效地转移到氢电极，目前的这种自增湿技术分三大类：一是设法加快氧电极生成水向氢电极扩散的速度，这需要形成水的高浓度梯度或是大的扩散系数，这就存在技术难度大的缺陷；二是通过催化反应在质子交换膜中化学反应生成水，这种技术的缺点是内阻大、缺水量与补水量不能匹配；三是通过改进电池结构达到自增湿的目的，到目前为止还没有找到较佳的结构能够实现这种自增湿的目的，而对于如何有效实现自增湿又是当前需要解决的技术难题。
技术实现思路
：本专利技术就是针对现有电池不能有效实现自增湿的问题，从而提供一种结构简单、自增湿效果好的毛细管调阴极水补给阳极的自增湿质子交换膜燃料电池组，它由若干个单体燃料电池组成，每个单体电池包括质子交换膜1、氢电极催化层2-1、氧电极催化层2-2、氢电极扩散层3-1、氧电极扩散层3-2和双极板4，每个单体电池的氢电极催化层2-1与氢电极扩散层3-1相邻，氧电极催化层2-2与氧电极扩散层3-2相邻，双极板4即和氢电极扩散层3-1还与相邻电池的氧电极扩散层3-2保持机械接触与电接触，在单体电池的氢电极催化层2-1与相邻电池的氧电极催化层2-2之间设置有毛细管路5，在电池组正极输出端6的氧电极催化层2-2与负极输出端7-->的氢电极催化层2-1之间设有用于连通的独立毛细管路8。专利技术的理论依据是当电池工作温度低于80℃时氧电极反应产物水即是液态形式，通过连接氧电极催化层与氢电极催化层的毛细管路将氧电极多余的水及时传输到氢电极，从而从根本上解决氢电极缺水的矛盾。由于生成水的电导率很低，线路又较长，漏电电流非常小，不会影响电池的正常工作。本专利技术具有以下优点：1、采用了连续的贯通的毛细管路将氧电极的催化层与氢电极的催化层连接起来，起到将氧电极生成的水有效地转移到氢电极的作用，该毛细管路不影响电池的工作性能，补水量与缺水量匹配；2、不使用双极板做水传递的媒介，优点是水的损失少、电堆绝缘电阻高，自放电小；3、利用双极板结构特点，用电池组中n号单体电池的氧电极水去加湿电池组中n+1单体电池氢电极，通过这种结构的优化，可以有效的将电池阴极生成水的多余部分转移到阳极，实现阳极自增湿，它的系统简单，水利用充分，利于推广应用。附图说明：图1是单体电池的结构示意图，图2是本专利技术的结构示意图。具体实施方式：具体实施方式一：毛细管调阴极水补给阳极的自增湿质子交换膜燃料电池组，它由若干个单体燃料电池组成，每个单体电池包括质子交换膜1、氢电极催化层2-1、氧电极催化层2-2、氢电极扩散层3-1、氧电极扩散层3-2和双极板4，每个单体电池的氢电极催化层2-1与氢电极扩散层3-1相邻，氧电极催化层2-2与氧电极扩散层3-2相邻，双极板4即和氢电极扩散层3-1还与相邻电池的氧电极扩散层3-2保持机械接触与电接触，在单体电池的氢电极催化层2-1与相邻电池的氧电极催化层2-2之间设置有毛细管路5，在电池组正极输出端6的氧电极催化层2-2与负极输出端7的氢电极催化层2-1之间设有用于连通的独立毛细管路8。所述毛细管路5布置在双极板4上，毛细管路5的一端穿透相邻氢电极扩散层3-1与氢电极催化层2-1相连，毛细管路5的另一端穿透相邻氧电极扩散层3-2与氧电极催化层2-2连接。在所述氢电极扩散层3-1和氧电极扩散层3-2上都设置有亲水的彼此-->贯通的微孔5-1，在双极板4上设置有亲水毛细管5-2，微孔5-1与亲水毛细管5-2相通，所述微孔5-1与亲水毛细管5-2共同组成毛细管路5。在双极板4的氧电极流道表层4-1和氢电极流道表层4-2上都设有亲水毛细管层5-2-1，氧电极流道表层4-1上的亲水毛细管层5-2-1和氢电极流道表层4-2上的亲水毛细管层5-2-1之间设有连通的毛细管路5-2-2，所述亲水毛细管层5-2-1和毛细管路5-2-2共同组成亲水毛细管5-2。在电池组正极输出端6的氧电极扩散层3-2上、在电池组负极输出端7的氢电极扩散层3-1上除包括用于传输氧气或氢气增水透气的气孔外，还都设有亲水的彼此贯通的微孔5-1，该种多孔材料由亲水碳材料填入扩散层构成。正极输出端6与负极输出端7上的微孔5-1之间通过独立毛细管路8连通。通过本专利技术的结构，可以利用氧电极产生的多余水分，为电池氢电极增湿。本专利技术通过连续的贯通的毛细管路可以使水按如下途径转移：电池组中n号单体电池的氧电极催化层2-2生成的水到达氧电极扩散层3-2中亲水的彼此贯通的微孔5-1，水继续传质到双极板氧电极流道表层4-1的亲水毛细管层5-2-1，继续通过专用的联接氧电极与氢电极流道表层毛细管层的毛细管路5-2-2传输到电池组中的n+1单体电池的氢电极流道表层4-2的亲水毛细管层5-2-1，继续透过氢电极扩散层3-1中亲水的彼此贯通的微孔5-1到达氢电极催化层2-1，从而达到利用电池组种n号单体电池的氧电极水起到增湿电池组中的n+1单体电池氢电极的作用。电池组正极输出端6的氧电极多余的水依次经过氧电极扩散层3-2上的微孔5-1、设置在双极板4上的亲水毛细管5-2和毛细管路8后，到达电池组负极输出端7的氢电极扩散层3-1上的微孔5-1，继而到达氢电极催化层2-1。双极板氧电极流道表层4-1的亲水毛细管层5-2-1可以保证氧电极扩散层3-2上的微孔5-1与毛细管路5-2-2有良好地接触。同样，氢电极流道表层4-2上的亲水毛细管层5-2-1可以保证氢电极扩散层3-1上的微孔5-1与氢电极流道表层4-2的毛细管路5-2-2有良好地接触。毛细管层5-2-1既可以采用亲水碳材料加粘合剂制成，也可以是由采用耐酸亲水材料(例如玻璃纤维、改性后亲水的合成纤维如聚丙烯、尼龙、锦纶)制成的毡或无纺布，通过黏合或热合固定在流道表面。-->连接氧电极与氢电极流道表层毛细管层5-2-1的毛细管路5-2-2、独立毛细管路8都由亲水的纤维束制成，纤维包括碳纤维和上述的合成纤维。连接正极输出端6与负极输出端7上的微孔5-1之间的独立毛细管路8是独立部件，独立毛细管路8是由亲水的纤维束制成，纤维包括碳纤维和上述的合成纤维。纤维束被一软质、不透水的管材包覆。本专利技术所述的电池组可以用在笔记本电脑、手机等小型耗电设备上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毛细管调阴极水补给阳极的自增湿质子交换膜燃料电池组，它由若干个单体燃料电池组成，每个单体电池包括质子交换膜（１）、氢电极催化层（２－１）、氧电极催化层（２－２）、氢电极扩散层（３－１）、氧电极扩散层（３－２）和双极板（４），每个单体电池的氢电极催化层（２－１）与氢电极扩散层（３－１）相邻，氧电极催化层（２－２）与氧电极扩散层（３－２）相邻，双极板（４）即和氢电极扩散层（３－１）还与相邻电池的氧电极扩散层（３－２）保持机械接触与电接触，其特征在于在单体电池的氢电极催化层（２－１）与相邻电池的氧电极催化层（２－２）之间设置有毛细管路（５），在电池组正极输出端（６）的氧电极催化层（２－２）与负极输出端（７）的氢电极催化层（２－１）之间设有用于连通的独立毛细管路（８）。

【技术特征摘要】
1.一种毛细管调阴极水补给阳极的自增湿质子交换膜燃料电池组，它由若干个单体燃料电池组成，每个单体电池包括质子交换膜(1)、氢电极催化层(2-1)、氧电极催化层(2-2)、氢电极扩散层(3-1)、氧电极扩散层(3-2)和双极板(4)，每个单体电池的氢电极催化层(2-1)与氢电极扩散层(3-1)相邻，氧电极催化层(2-2)与氧电极扩散层(3-2)相邻，双极板(4)即和氢电极扩散层(3-1)还与相邻电池的氧电极扩散层(3-2)保持机械接触与电接触，其特征在于在单体电池的氢电极催化层(2-1)与相邻电池的氧电极催化层(2-2)之间设置有毛细管路(5)，在电池组正极输出端(6)的氧电极催化层(2-2)与负极输出端(7)的氢电极催化层(2-1)之间设有用于连通的独立毛细管路(8)。2.根据权利要求1所述的毛细管调阴极水补给阳极的自增湿质子交换膜燃料电池组，其特征在于所述毛细管路(5)布置在双极板(4)上，毛细管路(5)的一端穿透相邻氢电极扩散层(3-1)与氢电极催化层(2-1)相连，毛细管路(5)的另一端穿透相邻氧电极扩散层(3-2)与氧电极催化层(2-2)连接。3.根据权利要求2所述的毛细管调阴极水补给阳极的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：史鹏飞，杨涛，杜春雨，尹鸽平，程新群，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]