[实用新型]一种双极性电极及其组成的燃料电池组

说明书

技术领域

本实用新型属于能源、电化学发电技术领域，特别是涉及一种双极性电极及其组成的燃料电池组。 

背景技术

燃料电池是一种可以直接将化学能转化成电能的电化学发电装置，典型的燃料电池是由阳极、阴极和电解质层组成。传统的质子交换膜燃料电池（PEMFC）及直接甲醇燃料电池(DMFC)采用质子交换膜作为其电解质层，燃料电池的阳极、质子交换膜和阴极组合成燃料电池的基本单元：膜集成电极（MEA）。将膜集成电极插入两块导流极板便组成了一个燃料电池的单电池。通过导流极板可以分别将化学反应物导入膜集成电极的阳极和阴极，使其完成电化学反应，并将产生的电流输出。 

    一般而言，燃料电池单电池的输出电压相当有限。例如质子交换膜燃料电池单电池的输出电压通常小于1伏特，而直接甲醇燃料电池单电池的输出电压则小于0.7伏特。在实际应用中，为获得足够的输出电压和发电功率，有必要将多个燃料电池单电池进行串联连接组成燃料电池组或称为燃料电池堆。目前常用的燃料电池组是将多个膜集成电极和多个双极性电板插入两块导流极板而组成。双极性电板与导流极板具有相似的功能，即输送化学反应物、传输电流和固定膜集成电极。而双极性电板通常是由石墨或者金属等导电材料制成，如果采用金属材料，该金属材料必须具有抗化学腐蚀的性能。一般而言，制造双极性电板的材料应具有良好的导电和导热性能、抗化学腐蚀的性能和良好的机械加工性能，同时还要具有一定的机械强度可以抵抗外力的冲击，并且具有良好的密封性能避免气体和液体的渗漏。由于对材料的高要求导致双极性电板的制造成本具高不下，目前仅双极性电板的制造成本就占整个燃料电池组成本的三分之一，此外燃料电池组的体积和重量的绝大部分由双极性电板的体积和重量组成。从重量、体积和成本这三要素去衡量，可以认为双极性电板是燃料电池组中比重最大的部件。 

发明内容

    本实用新型的目的是提供一种双极性电极以及将其应用于制造燃料电池组，该双极性电极可降低燃料电池组的成本、重量和体积。 

    实现本实用新型目的的技术解决方案是：本实用新型的一种双极性电极，所述双极性电极是将阳极催化剂层7a和阴极催化剂层7e分别附着在同一块电极基底的两面而制成。 

     实现本实用新型另一个目的的技术解决方案是：一种双极性电极组成的燃料电池组，包括一个或多个结构单元，所述的结构单元是将上述双极性电极的两面分别与电解质层接触而组成。 

所述的燃料电池组由阴极、阳极和双极性电极的结构单元组成。 

所述的电极基底是一块或一片电子导体组成的导电子基底。 

所述的电解质层可以采用固体质子交换膜。 

    制造双极性电极的电极基底材料可以是具有抗化学腐蚀性能的材质。 

制造双极性电极的电极基底可以具有空隙结构从而有利于传输化学物质。 

制造双极性电极的电极基底表面可以先增加分子扩散层促进化学物质在电极表面的传输。 

所述的分子扩散层为阳极分子扩散层或阴极分子扩散层，分子扩散层是一层导电子微孔结构。 

   所述分子扩散层是将碳黑和高分子粘合剂一起喷涂、涂布或印刷在双极性电极的电极基底的表面而制得。 

   阳极催化剂层或阴极催化剂层是将阳极催化剂或阴极催化剂与离子交联聚合物一起喷涂、涂布或印刷在分子扩散层的表面而制得。 

   高分子粘合剂可以采用聚四氟乙烯或聚全氟磺酸高分子聚合物。 

   离子交联聚合物采用聚全氟磺酸高分子聚合物。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型提出双极性电极用于制造燃料电池组，从而省却双极性电板的使用，降低了生产成本、减轻了燃料电池组的重量，同时也缩小了体积、减小了电池组的内电阻、增加了电池发电效率。 

附图说明

图1A是本实用新型燃料电池组阴极结构示意图。 

图1B是本实用新型双极性电极的结构示意图。 

图1C是本实用新型燃料电池组阳极结构示意图。 

图2是本实用新型具有一个双极性电极结构单元的燃料电池组结构示意图。 

其中，2. 阳极，3. 阴极，4.固体质子交换膜 5.电极支架，6.导流管，7a. 阳极催化剂层，8b.阳极分子扩散层，9.电极基底，8d.阴极分子扩散层，7e.阴极催化剂层。 

具体实施方式