[发明专利]复合中空纤维膜、其制造方法、包括其的中空纤维膜盒及燃料电池膜加湿器

说明书

本发明涉及一种复合中空纤维膜、其制造方法、包括其的中空纤维膜盒及燃料电池膜加湿器，所述复合中空纤维膜包括中空纤维膜和涂布在中空纤维膜的内表面上的污染物截留层。该复合中空纤维膜能够在没有单独的气体过滤装置的情况下在加湿过程中去除诸如氮氧化物(NOsubgt;x/subgt;)、硫氧化物(SOsubgt;x/subgt;)和氨(NHsubgt;3/subgt;)的污染物，从而防止燃料电池的性能下降。

技术领域

本公开涉及一种复合中空纤维膜、该复合中空纤维膜的制造方法、包括该复合中空纤维膜的中空纤维膜盒和燃料电池膜加湿器，并且更具体地，涉及一种能够在没有单独的气体过滤装置的情况下在加湿过程中去除诸如氮氧化物(NO_x)、硫氧化物(SO_x)或氨(NH₃)的气体从而防止燃料电池的性能下降的复合中空纤维膜、该复合中空纤维膜的制造方法、以及包括该复合中空纤维膜的中空纤维膜盒和燃料电池膜加湿器。

背景技术

燃料电池是将氢和氧结合来发电的发电电池。这种燃料电池的优点在于，与诸如干电池或蓄电池的普通化学电池不同，只要供应氢和氧，其就可以连续地发电，以及没有热损失，由此燃料电池的效率大约是内燃机效率的两倍。

另外，燃料电池将由氢和氧的结合产生的化学能直接转换成电能，由此排出的污染物的体积小。因此，燃料电池的优点在于，燃料电池是环境友好的，以及对由于能耗增加引起的资源枯竭的担忧可以减少。

基于所使用的电解质的种类，这种燃料电池通常可以分为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC：Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)、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)或碱性燃料电池(AFC)。

这些燃料电池基本上以相同的原理工作，但是在所使用的燃料的种类、工作温度、催化剂和电解质方面彼此不同。在这些燃料电池中，由于聚合物电解质膜燃料电池在比其他燃料电池更低的温度下工作并且聚合物电解质膜燃料电池的输出密度高，因此聚合物电解质膜燃料电池被已知对于运输系统以及小型固定发电设备是最有利的，由此可以使聚合物电解质膜燃料电池小型化。

改善聚合物电解质膜燃料电池的性能的最重要因素之一是将规定量或更多的水分提供给膜电极组件(MEA：Membrane Electrode Assembly)的聚合物电解质膜PEM(Polymer Electrolyte Membrane也称为质子交换膜)以保持水分含量。其原因在于，在聚合物电解质膜变干的情况下，发电效率急剧降低。

作为加湿聚合物电解质膜的方法，使用以下方法：1)鼓泡机加加湿方法，向耐压容器中填充水并使目标气体通过扩散器以提供水分；2)直接注入方法，计算燃料电池反应所需的水分量并通过电磁阀将水分直接供应到气流管道；以及3)膜加湿方法，使用聚合物分离膜将水分供应给气体流化床。

在这些方法中，膜加湿方法使用配置成仅选择性地透过废气中包含的水蒸气的膜来将水蒸气提供给被供应到聚合物电解质膜的气体从而加湿聚合物电解质膜，这种膜加湿方法的优点在于可以减小加湿器的重量和尺寸。

在形成有组件的情况下，作为在膜加湿方法中使用的选择性透过膜，优选使用每单位体积的透过面积大的中空纤维膜。即，在使用中空纤维膜制造膜加湿器的情况下，可以使接触表面积大的中空纤维膜高度一体化，由此，即使在小容量的情况下也可以充分地加湿燃料电池，可以使用廉价的材料，并且可以收集在高温下从燃料电池排出的废气中包含的水分和热量并通过加湿器重新利用收集的水分和热量。

此时，在燃料电池系统中，从压缩机或鼓风机供应的高温空气经由加湿器被引入到电池堆中。在空气中包含的诸如氮氧化物(NO_x)、硫氧化物(SO_x)或氨(NH₃)的污染物被引入到燃料电池的电池堆中的情况下，电池堆的性能可能劣化。因此，在压缩机/鼓风机的前端或后端使用能够去除这种污染物的单独的气体过滤装置。

发明内容