[发明专利]用于制造被动式直接甲醇燃料电池的方法及被动式直接甲醇燃料电池无效

专利信息
申请号: 201280054004.7 申请日: 2012-10-26
公开(公告)号: CN103975471A 公开(公告)日: 2014-08-06
发明(设计)人: A·图奥明恩;A·苏奥明恩;R·乔金恩;M·方塞尔;H·拉格兰茨;J·梅克勒;郑伍魁 申请(专利权)人: 图尔库大学
主分类号: H01M8/02 分类号: H01M8/02;H01M8/10
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 李连涛;万雪松
地址: 芬兰*** 国省代码: 芬兰;FI
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摘要:
搜索关键词: 用于 制造 被动式 直接 甲醇 燃料电池 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及由化学燃料发电和燃料电池的领域,并且更具体地涉及用于制造被动式直接甲醇燃料电池(passive direct methanol fuel cell)的方法以及被动式直接甲醇燃料电池。

背景技术

燃料电池,是通过与氧或其它氧化剂的化学反应将来自燃料中的化学能转化为电的装置。燃料电池有许多类型,但它们都由阳极(负极侧),阴极(正极侧)以及使电荷在燃料电池的两侧之间移动的电解质。在典型的燃料电池中具有被夹持在一起的三部分(阳极,电解质和阴极)。取氢燃料电池为例,当燃料电池工作时,氢气被供给到燃料电池的阳极。氧气(或空气)通过阴极进入燃料电池。通过催化剂的催化,氢原子分裂成质子和电子,其选取不同的路径到达阴极。质子通过电解质传递。电子创建出单独的通路,在它们返回到阴极,与氢和氧被再结合成水分子之前可以加以利用。燃料电池有不同的类型,如碱性燃料电池,质子交换膜燃料电池,以及高温燃料电池,例如固体氧化物燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池。

质子交换膜燃料电池(PEMFC),也被称为聚合物电解质膜(PEM)燃料电池,是针对传输的应用,以及固定燃料电池的应用和便携式燃料电池的应用而开发的燃料电池的类型。质子交换膜燃料电池可以被使用在较低的温度/压力范围内(0到100℃),且其具有特殊的质子交换膜,如聚合物电解质膜。为了实现功能,该膜必须传导氢离子(质子)而非电子,因为其会使燃料电池发生实际上的“短路”。该膜还必须不能让燃料或气体传递到电池的另一侧而产生被称之为交换(crossover)的问题。最后,该膜必须能耐受阴极处的还原环境以及阳极处的苛刻氧化环境。该PEMFC由于其紧凑性成为了车辆以及小至手机的其他各种尺寸的移动应用中的主要候选者。

目前直接甲醇燃料电池或DMFC中使用质子交换膜作为电解质以及使用甲醇作为燃料。DMFC可以被归为其中使用甲醇作为燃料的质子交换膜燃料电池子类别。

直接甲醇燃料电池在便携式电源的应用中赢得了越来越多的兴趣,因为DMFC在室温下工作时具有良好的能量密度。这显著降低了小型DMFC系统中热管理的难度,这样可延长用户便携式电子设备的待机时间。此外,相比于氢燃料电池,其燃料很易于补充、恢复和传输。DMFC技术有望占到用于便携式设备的能源中的很大一部分。

在下文中,参照所附的图1对现有技术进行说明,其中示出了根据现有技术的直接甲醇燃料电池的基本结构。

图1提供了根据现有技术的直接甲醇燃料电池的基本结构。现有技术直接甲醇燃料电池(DMFC,Direct Methanol Fuel Cell)的典型结构通常为堆叠结构。该堆叠结构是夹层状,在中间具有聚合物电解质膜层1(PEM,Polymer Electrolyte Membrane)。在PEM层1的两侧有催化剂层2,3。在图1中,阳极催化剂层2和阴极催化剂层3显示在PEM层1的两侧。催化剂层2,3的两侧有气体扩散层4,5。此外,气体扩散层4,5的两侧上具有集流体(current collector)6,7。在图1中,阳极集流体6和阴极集流体7显示在气体扩散层4,5的两侧。阳极集流体6中具有用于引导甲醇燃料流动的通道。相应地,阴极集流体7中具有用于引导氧化剂流动的通道。在集流体6,7的两侧,可有额外的导电板对燃料电池产生的电力提供更好的导电性。

在直接甲醇燃料电池的阳极侧,甲醇燃料被供给至阳极集流体6。甲醇燃料和水通过气体扩散层4扩散至阳极催化剂层2。DMFC依赖于在阳极催化剂层2上的甲醇氧化形成二氧化碳。在阳极侧的半反应是:

CH3OH+H2O→6H++6e-+CO2

该半反应表明,催化剂,通常为铂催化剂,促使甲醇和水分裂成正氢离子和带负电的电子,这形成二氧化碳。水在阳极侧被消耗。质子(H+)穿过该质子交换膜层1被输送到阴极侧。电子(e-)被通过外部通路从阳极侧输送至阴极侧,这向所连接的装置提供电力。它们随后也都与氧反应,生成水,这完成另一半反应。

在直接甲醇燃料电池的阴极侧,氧化剂被供给至阴极集流体7。氧由阴极催化剂层3扩散通过气体扩散层5。阴极侧的半反应为:

3/2O2+6H++6e-→3H2O

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