[发明专利]一种紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池及其制备方法

权利要求书

1.一种紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池，其特征在于，包括圆柱形的紧凑式极膜一体化燃料腔(2)，以及依次套设在紧凑式极膜一体化燃料腔(2)上的离子交换膜(8)、阴极憎水扩散层(3)和起固定和密封作用的圆筒密封集流罩(4)；圆筒密封集流罩(4)与紧凑式极膜一体化燃料腔(2)过盈配合；离子交换膜(8)涂覆有阴极催化层(9)；

所述紧凑式极膜一体化燃料腔(2)包括采用导电3D打印材料打印制成的圆柱形燃料腔体(5)，圆柱形燃料腔体(5)的侧壁为与内部空腔相连通的蜂窝状多孔结构(6)，顶部开设有燃料加注孔(7)；蜂窝状多孔结构(6)的壁面上涂覆阳极催化层(11)。

2.根据权利要求1所述的紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池，其特征在于，所述蜂窝状多孔结构(6)的每个孔内设置有若干用于增加表面积的二级槽道(10)。

3.根据权利要求1所述的紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池，其特征在于，所述圆筒密封集流罩(4)中空的圆柱状结构，且侧面开设有若干圆形透气孔(12)。

4.根据权利要求1或3所述的紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池，其特征在于，所述圆筒密封集流罩(4)采用导电3D打印材料打印制成。

5.根据权利要求1或3所述的紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池，其特征在于，所述圆筒密封集流罩(4)采用记忆合金制成。

6.根据权利要求1所述的紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池，其特征在于，所述阴极憎水扩散层(3)为碳布或碳纸。

7.一种紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使用三维建模软件建模，采用导电3D打印材料打印，完成圆柱形燃料腔体(5)的制作；圆柱形燃料腔体(5)的侧壁为与内部空腔相连通的蜂窝状多孔结构(6)，顶部开设有燃料加注孔(7)，蜂窝状多孔结构(6)的每个孔内有若干二级槽道(10)；

2)将制作好的圆柱形燃料腔体(5)浸入阳极催化颗粒和离子聚合物的混合溶液中，使蜂窝状多孔结构(6)的壁面上附着混合溶液，晾干后作为阳极催化层(11)；其中，混合溶液由载量为1.0～4.0mg·cm^-2的催化剂颗粒与质量百分比为5～50％的离子聚合物在分散剂中均匀分散制成；

3)在圆柱形燃料腔体(5)上包裹一层离子聚合物，晾干后形成离子交换膜(8)；

4)在离子交换膜(8)外侧涂上一层催化剂颗粒和离子聚合物的混合物，晾干后形成阴极催化层(9)；

5)将阴极憎水扩散层(3)裹在涂覆有阴极催化层(9)的圆柱形燃料腔体(5)上；

6)将圆筒密封集流罩(4)套装在阴极憎水扩散层(3)上，使阴极憎水扩散层(3)与内部的紧凑式极膜一体化燃料腔(2)紧密接触，保证内部液体燃料不泄露，同时还充当集流板的作用。

8.根据权利要求7所述的紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池的制备方法，其特征在于，所述步骤2)～4)中，催化剂颗粒采用Pd基催化剂、Pt基催化剂、Fe基催化剂、Co基催化剂或Ni基催化剂；离子聚合物采用磺酸基团基离子聚合物或季氨集团基离子聚合物；分散剂采用乙醇、丙酮或四氢呋喃。

9.根据权利要求7所述的紧凑式圆柱形离子交换膜燃料电池的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中，圆筒密封集流罩(4)采用导电3D打印材料打印制成或者采用记忆合金材料制成，圆筒密封集流罩(4)的侧面开设若干圆形透气孔(12)；制成的圆筒密封集流罩(4)与紧凑式极膜一体化燃料腔(2)过盈配合；

当圆筒密封集流罩(4)采用记忆合金材料时，装配时，先将圆筒密封集流罩(4)在低温下扩半径，使其直径大于裹有阴极憎水扩散层(3)的整个紧凑式极膜一体化燃料腔(2)，然后在常温下降将圆筒密封集流罩(4)套在裹有阴极憎水扩散层(3)的紧凑式极膜一体化燃料腔(2)上，等其半径恢复到原来半径，实现过盈配合，提供外力使阴极憎水扩散层(3)紧贴在紧凑式极膜一体化燃料腔(2)上，整个燃料电池的制作完成。