[发明专利]阳极气体扩散电极和燃料电池

说明书

本发明公开了一种阳极气体扩散电极和燃料电池，该阳极气体扩散电极包括基底层、导电微孔层和电解水催化剂层，所述基底层、所述导电微孔层和所述电解水催化剂层三者依次叠合。本发明通过在阳极气体扩散电极的导电微孔层的表面设置电解水催化剂层或者在导电微孔层结构中复合电解水催化剂颗粒，够有效的防止由于发动机启动/停止过程，导致燃料供应不足从而造成反极对燃料电池组件的腐蚀，使得燃料电池电堆整体结构更加稳定、延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种阳极气体扩散电极和燃料电池。

背景技术

目前，人类活动主要依赖的能源来自于石油、煤炭、天然气、核能等非再生能源，这些能源不仅储量有限，而且对环境造成了极大的危害。我国在经济建设和社会发展的同时，高度重视环境和资源的可持续性，积极探寻清洁、高效、可持续的新型能源。

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，利用氢气、天然气、甲醇等燃料与纯氧或空气作为原料分别在电池的阴极和阳极发生氧化还原反应，从而连续产生直流电。燃料电池可分为六大类：磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、直接甲醇燃料电池(DAFC)、碱性燃料电池(AFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。其中质子交换膜燃料电池以其无噪音、零污染、无腐蚀、功率密度高、转换效率高、低温启动、体积小等诸多优点，被认为是最有希望成为航天、军事、电动车和区域性电站的首选电源。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)，是一种高效率的电化学发电装置，在能量转化过程中，主要的反应产物是水，几乎不会产生污染环境的氮、硫化合物。因此，被认为21世纪新型环保高效的发电技术之一。特别是在交通运输领域，PEMFC被认为是最有可能大规模应用替代传统内燃机的新型能源装置。2016年丰田燃料电池汽车Mirai已经开始上市销售，最近其又联合日产、本田等11家企业计划打造全国范围内的氢能源加注站；美国福特汽车及德国奔驰等国际知名企业也在积极开发新的燃料电池汽车技术。

发明内容

本申请发明人发现，质子交换膜型燃料电池作为发动机的可靠运行的应用中，在燃料电池电池工作过程中，尤其是发动机启动/停止过程中，阴极部分空气/氧气或者阳极燃料(氢气)，供应不足时，特别是当氢气供应不足时，阳极电位会发生变化，此时会通过电解水反应产生H⁺，来弥补阳极处H⁺的不足，如下反应(1)，

2H₂O＝4H⁺+O₂+4e^-

如果反应继续发生，当阳极水分含量过低时，将会发生如下反应(2)及(3)，

C+2H₂O＝CO₂+4H⁺+4e^-

C+H₂O＝CO+2H⁺+4e^-

同时产生较多的热量。虽然根据热力学，反应(2)和(3)应首先发生，但是实际运行时往往由于反应(1)的动力学占优而以(1)为主。当反应(1)不易发生时，反应(2)和(3)的发生会造成MEA催化层甚至是双极板的损伤，同时积聚的热量很容易使MEA中出现小孔，导致短路发生。

而且，燃料电池发动机工作过程需要不可避免的多次启动/停止、加减速所以氢气供应不足的是情况不可避免的。因此，在阳极燃料供应不足情况下，容易发生电压反转(反极)对MEA造成损伤的问题。