[发明专利]燃料电池

说明书

本公开涉及一种燃料电池，所述燃料电池包括阳极、阴极、质子交换膜、阴离子交换膜和离子反应区，所述离子反应区设置于所述阳极和阴极之间，所述阳极与所述离子反应区之间由质子交换膜所隔开以使阳极产生的阳离子进入离子反应区中进行反应，所述阴极与所述离子反应区之间由阴离子交换膜所隔开以使阴极产生的阴离子进入离子反应区中进行反应，所述阳极设置有燃料输入口、燃料输出口和电子输出端，所述阴极设置有氧化性气体输入口、氧化性气体输出口和电子输入端，所述离子反应区设置有出水口。本公开提供的燃料电池发热量低，燃料电池的综合效率高。

技术领域

本公开涉及电池技术领域，具体涉及一种燃料电池。

背景技术

目前市场上的燃料电池汽车电堆原理架构如图1所示，氢气中氢原子由电子101和氢原子核102组成，氧气中氧原子由氧原子核111与电子101组成。在阳极103中阳极催化剂104的作用下，电子脱离氢原子核的束缚，经导线105、电子负载107、导线108有序到达阴极110；同时，氢原子核(质子)进入质子交换膜106，质子交换膜106为氢化物，含氢原子核，且氢原子核数量一定，由氢化物中其它原子核数量决定，因此氢原子核进入质子交换膜106，为了质子交换膜106中各原子核数量的平衡，必然从质子交换膜106的另一面有序析出氢原子核，如图1所示，质子交换膜106左边进入多少氢原子核，右边则析出多少氢原子核。有序到达阴极110的电子在阴极催化剂109的作用下，与氧原子、从质子交换膜中析出的氢原子核反应，生成水(H₂O)，这种反应是无序的，即化学反应中电子在不同能量层(电子轨道)的跃迁是无序的，无序导致化学反应中电子跃迁释放的能量以热能形式展现。因此，目前市场上的燃料电池汽车电堆的阴极会产生大量热量，这些热量甚至影响、制约整车的布局。

发明内容

本公开的目的是提供一种燃料电池，本公开提供的燃料电池发热量低，燃料电池的综合效率高。

为了实现上述目的，本公开提供一种燃料电池，所述燃料电池包括阳极、阴极、质子交换膜、阴离子交换膜和离子反应区，所述离子反应区设置于所述阳极和阴极之间，所述阳极与所述离子反应区之间由所述质子交换膜所隔开以使阳极产生的质子通过质子交换膜进入离子反应区中，所述阴极与所述离子反应区之间由阴离子交换膜所隔开以使阴极产生的阴离子通过阴离子交换膜进入离子反应区并与离子反应区中的质子进行反应，所述阳极设置有燃料输入口、燃料输出口和电子输出端，所述阴极设置有氧化性气体输入口、氧化性气体输出口和电子输入端，所述离子反应区设置有出水口。

可选的，所述质子交换膜为聚四氟乙烯交换膜、全氟聚乙烯磺酸交换膜、磺化聚苯基喹啉交换膜、磺化氟化苯乙烯共聚物交换膜、聚苯并咪唑交换膜、聚醚醚酮交换膜、聚醚砜交换膜、聚砜交换膜或聚酰亚胺交换膜。

可选的，所述阴离子交换膜为氟化聚苯乙烯交换膜、聚酰亚胺交换膜、聚醚砜交换膜、聚醚酮交换膜、聚乙烯醇交换膜、聚环氧氯丙烷交换膜、聚壳糖交换膜或聚乙烯基咪唑交换膜。

可选的，所述阳极设置有流体连通的阳极催化剂层和燃料扩散区，所述燃料输入口和燃料输出口设置于所述燃料扩散区中，所述电子输出端设置于所述阳极催化剂层中，所述阳极催化剂层设置于所述燃料扩散区和所述质子交换膜之间。

可选的，所述阳极催化剂层中的阳极催化剂包括阳极载体和负载在阳极载体上的阳极活性金属颗粒，所述阳极载体为碳颗粒或碳化聚丙烯腈，所述阳极活性金属颗粒为选自铂颗粒、钌颗粒和钯颗粒中的至少一种。

可选的，所述阴极设置有流体连通的阴极催化剂层和氧化性气体扩散区，所述氧化性气体输入口和氧化性气体输出口设置于所述氧化性气体扩散区中，所述电子输入端设置于所述阴极催化剂层中，所述阴极催化剂层设置于所述氧化性气体扩散区与所述阴离子交换膜之间。

可选的，所述阴极催化剂层中的阴极催化剂包括阴极载体和负载在阴极载体上的阴极活性金属颗粒，所述阴极载体为碳颗粒或碳化聚丙烯腈，所述阴极活性金属颗粒为选自铂颗粒、银颗粒、钯颗粒和镍颗粒中的至少一种。