[发明专利]电场-膜电极燃料电池堆及其智能均衡电场管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池应用技术领域，尤其涉及一种低温使用的电场-膜电极燃料电池堆及其智能均衡电场管理隔离电源系统。

背景技术

当前国内外燃料电池结构是由“阳极-电解质-阴极”所组成的三合一组件MEA (Membrane Electrode Assembly)。电解质的类型决定了燃料电池的工作温度，而电极上所采用的催化剂是促进燃料剂与氧化剂的电化学反应速率。低温燃料电池大致可分为：碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、甲醇燃料电池(DMFC)。 

其中甲醇燃料电池(DMFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极和阳极的催化材料是铂，当前工艺是将很小的Pt金属粒子担载在具有良好分散性的碳粉表面，使Pt用量降低到0.2mg/cm2-0.1mg/cm2，极大降低了燃料电池的成本。但是由于阴极和阳极的催化材料铂用量的减少，使得甲醇燃料电池(DMFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)的功率密度在长期工作时稳定性不好，造成发电效率逐渐下降，工作寿命缩短。

现有公知的低温燃料电池基本结构由“阳极-电解质-阴极”所组成的三合一组件的MEA燃料电池，以及工作原理参看图1所示。

参看附图1中A图、B图，1.0为电解质；2.0为阳极；3.0为阴极(三层界面紧密交接，并合并为一体的组件)；MEA燃料电池基本结构中，电解质1.0包含有电解层1.1、催化层1.2与催化层1.3。电解层与催化层分别与阳极2.0、阴极3.0的交界面紧密交接。阳极2.0与阴极3.0分别有阳极导流槽2.1与阴极导流槽3.1。

酸性电解质(PEM)燃料电池的阴阳极反应和电子流:

阳极：2H2 → 4H++4e-

阴极：O2+4e-+4H+ → 2H2O

碱性电解质(AFC)燃料电池的阴阳极反应和电子流:

阳极：2H2+4OH- → 4H2O+4e-

阴极：O2+4e-+2H2O → 4OH-

由“阳极-电解质-阴极”三合一组成的MEA燃料电池，其影响电压降的主要原因有：活化损失、燃料的穿透和内部短路电流、欧姆损失、传质或浓度损失。

如在一个质子交换膜(PEM)燃料电池中，酸性电解质与阴阳电极总有连续的电子流流向电解质或从电解质流出，形成活化损失；质子交换膜(PEM)电解质是离子传导型电解质，但它总是可以发生少量的电子传导，以及氢分子从阳极通过电解质渗漏到阴极，在阴极与氧反应，形成燃料的穿透和内部短路电流；而欧姆损失是电极的电阻和质子交换膜(PEM)电解质中离子流动遇到的阻力。

本发明是在中国已公布的200910031035.0号发明专利：“电场-膜电极组合结构的燃料电池装置及其可逆式再生氢氧电解装置”的基础上，针对电场-膜电极组件的燃料电池，简称E-MEA燃料电池，并由多个E-MEA燃料电池串联形成E-MEA燃料电池堆，发明相对应的智能均衡电场管理隔离电源装置，实现E-MEA燃料电池堆使用非贵金色催化剂的条件下高效率发电。

发明内容

为了克服现有“阳极-电解质-阴极”所组成的MEA燃料电池，无法减少活化损失、燃料的穿透和内部短路电流及欧姆损失。本发明提供一种电场-膜电极燃料电池堆及其智能均衡电场管理系统。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种电场-膜电极燃料电池堆，包括若干电场-膜电极组合结构的燃料电池，所述每个电场-膜电极组合结构的燃料电池包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的电解质，所述第一电极和第二电极至少一个电极外面设有与该电极绝缘的网栅电场电极膜，所述网栅电场电极膜的膜面是采用均部多数量通气微型孔的聚四氟乙烯绝缘膜，聚四氟乙烯绝缘膜设有中间夹层，中间夹层内设有导电金属膜，所述导电金属膜在四氟乙烯绝缘膜一端设有引出导电接线的端面。