[发明专利]阴极流道分流设计且催化层Pt含量梯度化分布的燃料电池

说明书

本发明公开一种阴极流道分流设计且催化层Pt含量梯度化分布的燃料电池，依次包括阳极集流板、阳极扩散层、梯度化铂含量的膜电极、阴极扩散层、阴极集流板，在构成燃料电池的阴极模块的阴极集流板上设置有主进气口和至少一个分流进气口以通入不同流量的空气，且梯度化铂含量的膜电极的阴极催化层的催化剂浓度由进气口至出气口梯度增加。本发明梯度化铂含量的膜电极燃料电池催化层采用梯度化分布，使得电池出口处的气体完全反应，达到活性区域均匀利用且降低生产成本的效果；采用分流进气，改变了电池内气体的分布，并且改善了阴极侧扩散层中气体的扩散传质，达到提高电池性能的效果。

技术领域

本发明涉及梯度化铂含量的膜电极燃料电池技术领域，特别是涉及一种阴极流道分流设计且催化层Pt含量梯度化分布的燃料电池。

背景技术

梯度化铂含量的膜电极燃料电池的膜电极由梯度化铂含量的膜电极、催化层、扩散层三个部件所组成，也是燃料电池的核心部件。如何进一步降低梯度化铂含量的膜电极燃料电池的生产成本并且提高其性能是其逐步商业化过程中所必须要解决的两大难题。

铂(Pt)是氢氧燃料电池电化学反应中常用的氧化还原催化剂。现如今已出现很多降低铂载量，提高铂利用率的方法，如扩散、喷涂、丝网印刷、电沉积等等。然而铂属于稀有金属，价格十分昂贵，所以需在现有方法基础上进一步降低铂载量，提高铂利用率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种阴极流道分流设计且膜电极中催化层上催化剂Pt含量梯度化分布的燃料电池，由分流进气与催化剂梯度化分布组合而成，强化阴极侧气体扩散层内的扩散传质以及在保证pt的利用率的基础上减少催化层pt的含量。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种阴极流道分流设计且催化层Pt含量梯度化分布的燃料电池，依次包括阳极集流板、阳极扩散层、梯度化铂含量的膜电极、阴极扩散层、阴极集流板，在构成燃料电池的阴极模块的阴极集流板上设置有主进气口和至少一个分流进气口以通入不同流量的空气，且梯度化铂含量的膜电极的阴极催化层的催化剂浓度由进气口至出气口梯度增加。

其中，所述分流进气口位于所述主进气口的一侧，与所述主进气口平行布置，且位于主进气口与出气口之间。

其中，所述分流进气口为两个以上时，多个所述分流进气口平行间隔布置，每个所述分流进气口的气流量相同。

其中，所述的分流进气口为圆形孔，形成在阴极集流板的边缘上。

本发明的燃料电池通过通过在阴极集流板上设置分流进气口，分布在主进气口右侧位置，又引入膜电极催化层上Pt催化剂的梯度化分布，达到使膜电极中反应气体分布均匀，提高功率密度，且节省贵金属催化剂Pt量的效果。

本发明的在此燃料电池系统中，空气通过主进气口以及分流进气口同时进入燃料电池中，改变了电池内反映气体的分布并且有效改善了气体扩散层内的扩散传质。随后，空气沿展向通过梯度化分布的催化层，其趋势为由进气至出气侧催化剂含量逐层增加，即梯度趋势为靠近进气口Pt载量较低，而靠近出气口时Pt载量较高，由于在电极中的低氧气浓度部位(电池出气口)分布了更多的Pt粒子，可以明显改善电极的局部反应速度，而保证活性区域的均匀利用，不仅节约了Pt载量，并且达到了提高性能的目的。

附图说明

图1为本发明的阴极流道分流设计且催化层Pt含量梯度化分布的燃料电池的结构示意图；

图2为本发明的膜电极梯度化的示意图；

图3为本发明的带分流进气结构的阴极集流板的示意图；

图中：1-阳极端板；2-阳极集流板；3-阳极扩散层；4-梯度化铂含量的膜电极；5-阴极扩散层：6-阴极集流板；7-阴极端板；8-进气口；9-分流进气口；10-出气口。