燃料電池及其燃料電池膜電極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種燃料電池及其燃料電池膜電極，該燃料電池膜電極包括質子交換膜和兩個氣體擴散層，質子交換膜夾設在兩個氣體擴散層之間，在質子交換膜和氣體擴散層之間設置有催化劑涂層，且催化劑涂層的沿燃料電池膜電極的氣體流動方向的長度小于質子交換膜的長度。本發(fā)明通過使催化劑涂層的長度小于質子交換膜的長度，進而可以使催化劑涂層的面積小于質子交換膜的面積，這樣，在一定程度上可以減小質子交換膜燃料電池的應用成本；另一方面，可以防止出現因質子交換膜的干燥區(qū)域的存在電流而對質子交換膜產生損壞的情況，從而可以有效地提高燃料電池的使用壽命。
【專利說明】燃料電池及其燃料電池膜電極

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池領域，更具體地，涉及一種燃料電池及其燃料電池膜電極。

【背景技術】
[0002] 燃料電池中的質子交換膜具有傳遞質子的功能，而水分子是質子在質子交換膜中 進行傳遞的重要載體，于是，質子交換膜的含水量是影響燃料電池性能和效率的重要因素， 因此，對質子交換膜進行加濕是提高燃料電池性能和壽命的重要手段。
[0003] 目前，對燃料電池加濕的常規(guī)方案有外部加濕和內部加濕兩種方案。外部加濕的 方案是指加濕子系統(tǒng)與電池堆分離，反應氣體在進入電池堆之前進行加濕。與之相比，內部 加濕方案沒有設置單獨的外部加濕器，反應氣體進入電池堆內部以后進行加濕。
[0004] 對于備用電源等的應用，基于系統(tǒng)復雜性和成本的考慮，一般采用內部加濕方案。 艮P :采用氫氣與空氣流向相反的設計，通過出口處的濕潤空氣（或氫氣）對入口處的干燥氫 氣（或空氣）進行加濕。
[0005] 然而，雖然采用內部自加濕方案的燃料電池在整體上能夠保持水平衡，但在進氣 口區(qū)域，氣體的相對濕度仍然較低，使得該處的反應效率較低，催化劑得不到充分的利用， 造成了催化劑的浪費，進而增加了燃料電池的成本；另外，當質子交換膜的干燥區(qū)域存在電 流時，很容易使該部分的質子交換膜發(fā)生破壞，從而影響燃料電池壽命。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種燃料電池及其燃料電池膜電極，以解決現有技術的內部自加 濕式的燃料電池的工作性能較差的問題。
[0007] 為解決上述技術問題，根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種燃料電池膜電極，包括 質子交換膜和兩個氣體擴散層，質子交換膜夾設在兩個氣體擴散層之間，在質子交換膜和 氣體擴散層之間設置有催化劑涂層，且催化劑涂層的沿燃料電池膜電極的氣體流動方向的 長度小于質子交換膜的長度。
[0008] 進一步地，催化劑涂層設置在質子交換膜上。
[0009] 進一步地，催化劑涂層設置在氣體擴散層上。
[0010] 進一步地，催化劑涂層的靠近燃料電池膜電極的陽極的一端的厚度大于催化劑涂 層的靠近燃料電池膜電極的陰極的一端的厚度。
[0011] 進一步地，氣體擴散層為涂覆有Nafion乳液的碳紙。
[0012] 進一步地，氣體擴散層和質子交換膜之間設置有吸水材料，且吸水材料設置在氣 體擴散層的進氣端。
[0013] 進一步地，氣體擴散層的進氣端由吸水材料制成。
[0014] 進一步地，吸水材料為海綿。
[0015] 本發(fā)明的另一個方面，提供了一種燃料電池，包括上述的燃料電池膜電極。
[0016] 本發(fā)明通過使催化劑涂層的長度小于質子交換膜的長度，進而可以使催化劑涂層 的面積小于質子交換膜的面積，這樣，在一定程度上可以減小質子交換膜燃料電池的應用 成本；另一方面，可以防止出現因質子交換膜的干燥區(qū)域的存在電流而對質子交換膜產生 損壞的情況，從而可以有效地提高燃料電池的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0018] 圖1示意性示出了本發(fā)明中的燃料電池膜電極的第一個實施例的拆分圖；
[0019] 圖2示意性示出了燃料電池膜電極的第二個實施例的拆分圖；
[0020] 圖3示意性示出了燃料電池膜電極的第三個實施例的結構示意圖；
[0021] 圖4示意性示出了燃料電池膜電極的第四個實施例的結構示意圖；以及
[0022] 圖5示意性示出了圖4的俯視圖。
[0023] 圖中附圖標記：10、質子交換膜；20、氣體擴散層；30、催化劑涂層；40、吸水材料。

【具體實施方式】
[0024] 以下結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。
[0025] 本發(fā)明的一個方面，提供了一種燃料電池膜電極，請參考圖1至圖5,該燃料電池 膜電極包括質子交換膜10和兩個氣體擴散層20,質子交換膜10夾設在兩個氣體擴散層20 之間，在質子交換膜10和氣體擴散層20之間設置有催化劑涂層30,且催化劑涂層30的長 度小于質子交換膜10的長度。
[0026] 本發(fā)明通過使催化劑涂層30的長度小于質子交換膜10的長度，進而可以使催化 劑涂層的面積小于質子交換膜的面積，這樣，在一定程度上可以減小的應用成本；另一方 面，可以防止出現因質子交換膜10的干燥區(qū)域的存在電流而對質子交換膜產生損壞的情 況，從而可以有效地提高燃料電池的使用壽命。
[0027] 優(yōu)選地，如圖1所示，催化劑涂層30設置在質子交換膜10上。這種情況適用于采 用CCM(Catalyst coat Membrane)方法制備的燃料電池膜電極，即在燃料電池膜電極的制備 過程中，在質子交換膜10的進氣端不涂覆催化劑。
[0028] 優(yōu)選地，如圖2所示，催化劑涂層30設置在氣體擴散層20上。優(yōu)選地，催化劑涂 層30涂覆在質子交換膜10或氣體擴散層20上。由于燃料電池膜電極可以采用不同的制 備方法，于是，工作人員可以根據不同的情況，有選擇地將催化劑涂層30固定在質子交換 膜10上（即采用CCM (Catalyst coat Membrane)方法制備的燃料電池膜電極）或氣體擴散 層20上（即采用⑶E (Gas Diffusion Electrode)方法制備的燃料電池膜電極）。
[0029] 優(yōu)選地，催化劑涂層30的靠近燃料電池的陽極的一端的厚度大于催化劑涂層30 的靠近燃料電池的陰極的一端的厚度。這樣設置符合燃料電池的內部特性，使得燃料電池 的陽極的反應速率大于陰極的反應速率。
[0030] 優(yōu)選地，氣體擴散層20為涂覆有Nafion乳液的碳紙。
[0031] 優(yōu)選地，如圖3所示，氣體擴散層20和質子交換膜10之間設置有吸水材料40,且 吸水材料40設置在氣體擴散層20的進氣端。
[0032] 優(yōu)選地，如圖4和圖5所示，質氣體擴散層20的進氣端由吸水材料40制成。這樣， 吸水材料40可以更好的吸收和保持水分，從而對進入燃料電池的氣體進行更好的加濕，進 而可以提高燃料電池的工作效率。
[0033] 優(yōu)選地，吸水材料40為海綿。根據實際情況，該吸水材料40也可以選擇其他親水 性的高分子材料。
[0034] 本發(fā)明的另一個方面，提供了一種燃料電池，包括上述的燃料電池膜電極。
[0035] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技 術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種燃料電池膜電極，包括質子交換膜（10)和兩個氣體擴散層（20)，所述質子交換 膜（10)夾設在所述兩個氣體擴散層（20)之間，其特征在于，在所述質子交換膜（10)和所 述氣體擴散層（20)之間設置有催化劑涂層（30)，且所述催化劑涂層（30)的沿所述燃料電 池膜電極的氣體流動方向的長度小于所述質子交換膜（10)的長度。
2. 根據權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述催化劑涂層（30)設置在 所述質子交換膜（10)上。
3. 根據權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述催化劑涂層（30)設置在 所述氣體擴散層（20)上。
4. 根據權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述催化劑涂層（30)的靠近 所述燃料電池膜電極的陽極的一端的厚度大于所述催化劑涂層（30)的靠近所述燃料電池 膜電極的陰極的一端的厚度。
5. 根據權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述氣體擴散層（20)為涂覆 有Nafion乳液的碳紙。
6. 根據權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述氣體擴散層（20)和所述 質子交換膜（10)之間設置有吸水材料（40)，且所述吸水材料（40)設置在所述氣體擴散層 (20)的進氣端。
7. 根據權利要求1所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述氣體擴散層（20)的進氣 端由吸水材料（40)制成。
8. 根據權利要求6或7所述的燃料電池膜電極，其特征在于，所述吸水材料（40)為海 綿。
9. 一種燃料電池，其特征在于，包括權利要求1至8中的任一項所述的燃料電池膜電 極。
【文檔編號】H01M4/86GK104064778SQ201410309060
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】湯浩, 李揚, 殷聰, 劉煜 申請人:中國東方電氣集團有限公司