燃料电池（１０）包括接收第一反应物的阴极催化剂（２６）和接收预期量第二反应物的阳极催化剂（２４）。该阴极催化剂（２６）和阳极催化剂（２４）分别催化第一反应物和第二反应物发生电化学反应在阴极催化剂（２６）和阳极催化剂（２４）之间产生电流。电化学反应中消耗的第一反应物的量对应于为产生从阳极催化剂（２４）到阴极催化剂（２６）正向电子流所需要的第二反应物的阈值量。燃料电池流场部分（４２）包括限制第一反应物消耗量的特征（５４，６０，８０，Ｗ↓［１］，Ｄ↓［１］）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广义上涉及燃料电池，更具体而言，涉及燃料电池的流场。
技术介绍
燃料电池广为人知并在很多领域都用来发电。 一般的;^料电、池利用反应气 体，例如氢气和氧气(例如，来自空气)来产生电流。 一般地，燃料电池包含 相邻的具有气流道的流场来接收各自的反应气体。^流场通过气体扩散层来 分配反应气体到各自的与离子导电聚合物交换膜(PEM)相邻的阳，及催化剂或 阴极催化剂以产生电流。 一般地，碳粒子的网状结构担载每一阴极和阳极催化 剂并为电流形成部分外电路。一般的燃料电池通过其中氧化剂， 一般是来自空气的氧气，和燃料， 一般 是氢气，化合形成副产物水的电化学反应来产生电流。氧气持续S51阴极催化 剂，氢气通过阳极催化剂。阳极氧化齐鹏氢气的质子和电子分离。质子通过聚 合物効奂膜，而电子流过外电路。质子和电子再次结合并在阳极催化剂处和氧 气反应生成副产物水。在某些情况下，例如阳极氧化剂局部区域的氢气分压低盼瞎况，在该区域 无充足的氢气来维持电化学反应。这可能导致之前描述的通常的燃料电池工作 模式的局部电流反向，并且导致阴极催化剂、碳载体或者这两者都降解的反应 条件。例如，在阳极的水电解形成氧气、氢气以及自由电子。氢质子穿过聚合 物交换膜，在负极的富燃料区域中释放的电子流向负极的燃料不足的区域。在 燃料不足区域不存在低电位的质子和电子源，这增加了阴极催化剂的电位，因 而导致水和碳载体间的糊 反应而生成二氧化碳。糊 最终导致催化性能和电 性能的损失，并随之导致降低的燃料电池效率。本专利技术致力于降低或消除燃料电池的催化剂糊军以保持燃料电池稳定工作 的需要。专利技术简述用于燃料电池的一个实施例装置包括用于接收第一反应物的阴极催化剂和用于接收预期量的第二反应物的阳极催化剂。阴极催化齐诉,极催化剂分别催 化第一反应物和第二反应物以产生电化学反应，该电化学反应在阳极催化齐诉口 阴极催化剂之间产生电子流。由于氢气氧化的动力学很容易实现，燃料电池反 应的速率通常受限于第一反应物到达阴极催化齐啲速率和通过燃料电池导电层 的电导率。第一反应物在电化学反应中消耗的量对应于产生从阳丰及催化剂到阴 极催化剂的正向电流所需要的第二反应物的阈值量。 一部分燃料电池流场包括 下列特征，即限制第一反应物消耗量以维持第二反应物的阈健低于预期量。一个实施例方法包挪艮制在燃料电池阴极催化剂上消耗的第一反应物的 量来降低在阳极催化剂上产生从阳极催化剂到阴，及催化剂的正向电子流所需要 的第二反应物的阈H4。J^实施例不是限制性的。另外的实施例如下所述。下面的详细描述将使 本专利技术的各种特征和优势对于本领域技术人员显而易见。伴随详细描述的附图 可简述如下。附图简述附图说明图1为燃料电池组选定部分的示意图。图2为沿着图1所示的线的横截面示意图，其图示了具有限制反应物气体消耗量这4寺征的实施方案。图3为對以图1所示的另一示例性实施方案的丰纖面示意图。 图4为具有i真钭的气体扩散层的实施方案的横截面示意图。 图5为含有减少量的催化材料的催化剂的实 案的横截面示意图。 图6为具有不同宽度通道的实皿案的横截面示意图。 图7A为具有効旨型iM和平纟fffl道的实施方案的横截面示意图。 图7B为沿图6A所示的截面线的横截面示意图，其图示了平行通道的M 深度。图7C为沿图6A所示的截面线的横截面示意图，其图示了交指fflit的鹏 深度。图8为具有7賴卩Mil的实M^案的横截面示意图。具体实施方式详述图1为用于发电的示例性MI斗电池10的选定部分的示意图。在该实施例中， 阴极侧12接收反应气体R!，阳极侧14接收一反应气体R2， i!31已知的反应产生电流。阴极侧12和阳极侧14都包括流场板16，例如模压板、多孔板或其它 鄉的板，该流场板16具有鹏壁17和延伸在鹏壁17间的鹏18，用于将 反应气体I^和R2分配到相应的阴极侧12和阳禾及侧14。在该实施例中，气体交换层20与^流场板16相邻设置。聚合物交换膜 (PEM) 22将气体交换层20间的阴极催化剂24与阳极催化剂26间隔开。在某 些实施例中，阴极催化剂24和阳极催化剂26都包括沉积在载体例如碳布上的 催化材料。图2为根据图1中所示的截面线的阳极侧14的流场板16，示出了jt料电 池10的一个工作特征。反应气体R2M31A口 38供AM道18，并M51Mit 18 流向出口40。衝直18中的反应气体R2至少部分ffl31气体^J奂层20 (图l)向 阳极催化剂26扩散。同样地，反应气体RjM阴极侧12上的M 18并向阴 极催化剂24扩散。阴极催化剂24和阳极催化剂26分别催化反应气体R！和R2 以产生电化学反应，该反应使得阴极催化剂24和阳极催化剂26之间产生电流 (即，电子流)。一般而言，沿着通道18 /AA口 38到出口 40反应气体R!和R2的分压(或 者例如是浓度)斷氐，这是由于阴极催化剂24和阳极催化剂26在电化学反应 中分别消耗反应气体R！和R2。反应气体R！和R2^^W 18的分压、浓度或 其它含量指标可用已知的方式估算。燃料电池10的某些部分中，例如入口38的Pf贩，分压较高并产生会导致 所需的从阳极催化剂26到阴极催化剂24的正向电子流的电化学反应。被阴极 催化剂24消耗的反应气体R的量对应于在阳极催化剂26处产生正向电子流所 需要的第二反应气体R2的阈髓。在燃料电池10的其它部分中，例如出口40 的附鹏反应气体局部分布不均处附近，至少反应气体R2的分压较低。如果反 应气体R2的分压低于阈值(例如，燃料缺乏)，则电化学反应将产生不希望的 从阴极催化剂24到阳极催化剂26的反向电流。在所示实施例中，燃料电池10的部分42所接收的反应气体R2的预期分压 或浓度通制氐于邻駄口 38处的分压。在该实施例中，部分42包括限制在电 化学反应中在阴极催化剂24处消耗的反应气体&的量以维持反应气体R2的阈 髓低于反应气体R2的预期分压这Ht征。这益于维持从阳极催化剂26至鹏 极催化剂24的正向电子流。图3所示为控制反应气体&的消耗的一个示例性特征。在该实施例中，阴 极侧12包括在聚合物^J奂膜22和阴极催化剂24之间的阻挡层54。在一个实施 例中，该阻挡层54包括碳离子交麟合物材料。该阻挡层54阻止已经催化的反应气体^从阴极催化剂24至驟合物交^IM 22的大规模传输(即，限制氧气舰聚合物効奂膜22)。这会降低电化学反应 中已经催化的反应气体R,的量，并随之降低产生正向电子流所需的反应气体R2的阈值量。这益于在部分42中保持反应气体R2的阈na低于预期量，以避免不需要的反向电流，从而斷氐催化齐诉喊载体,的可能性。图4所示为控制反应气体Ri的消耗的另一特征。在该实施例中，在阴极侧 12上的气体交换层20是多孔布层56，例如含有纤维58的碳无纺织物。纤维58 间的气 L在纤维58间提供鹏59，以4贩应气体& /AMit 18扩散到阴极催化 剂24。 i真料60至少部分阻碍反应气体R!扩fMl气孔。在该实施例中，填料 60 M强制反应气体&沿着环绕填料60的较长路径扩t^阻碍扩散。在一实施例中，填料60包括适合限制反应气体R！流动的相对惰性的材料。 在另一实施例中，填料60包,化物本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于燃料电池中的装置，包括： 接收第一反应物的阴极催化剂； 接收预期量第二反应物的阳极催化剂，该阴极催化剂和阳极催化剂分别催化第一反应物和第二反应物发生电化学反应在阳极催化剂和阴极催化剂之间产生电流，其中，电化学反应消耗的第 一反应物的量对应于为产生所需电子流所需要的第二反应物的阈值量；以及 第一燃料电池部分，其特征包括限制第一反应物的消耗以维持所述阈值量在第二反应物预期量的所需范围内。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：JP迈尔斯，
申请(专利权)人：UTC电力公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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