[发明专利]一种直接式多醚类化合物燃料电池及系统

说明书

本发明公开了一种直接式多醚类化合物燃料电池及系统。所述直接式多醚类化合物燃料电池包括至少一个阳极结构和至少一个阴极结构，所述阳极结构包括阳极基体与阳极催化剂，所述阴极结构包括阴极基体与阴极催化剂；所述直接式多醚类化合物燃料电池能够使多醚类化合物在阳极催化剂的作用下于阳极进行氧化反应生成水与二氧化碳，并释放出电子及质子，且氧气与释放的质子在阴极催化剂的作用下于阴极进行还原反应。本发明以多醚类化合物作为燃料，不经过重整，通过催化剂的和电池结构的设计，制成直接式醚类燃料电池及系统，所述电池及系统安全系数高，化学能‑电能转换能效高。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种直接式多醚类化合物燃料电池及系统。

背景技术

燃料电池具有很多优点。它能将燃料的化学能直接转化为电能，中间不经过燃烧，不受卡诺循环的限制，其燃料/电能转换效率可以达到45％～60％，若再将电池排放的废热加以回收利用，则燃料能量的利用率可超过85％，远高于火力发电或核电的效率(约30％～40％)。另外，燃料电池应用非常灵活，集中电站还是分布式电站，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适。燃料电池具有可分散性，可避免使用长距离、高电压的输电网络，使能源系统更可靠、降低被破坏的风险。同时，燃料电池的能量以化学能存储，因此可以将风能、太阳能、水力发电的波谷弃电存储，具有减少能源网络波动性的特点。此外，燃料电池产生的NO_x等废气要远低于内燃机直接燃烧排放。

目前直接燃料电池主要有氢燃料电池和甲醇燃料电池。氢燃料电池方面，氢气的存储运输是个大问题。一方面是安全问题，另一方面是氢气压缩钢瓶方式能量密度低，不足以提供车辆单程可跑480～650公里的续航能力，而如果改成低温液态氢方式存储，则有克服不了缺陷：约有1/3的电能必须用来维持槽体的低温，使氢维持于液态，且存在氢的溢出流失。

甲醇燃料电池使用的燃料可以以液态形式存储，具有能量密度相对高，运输、储存方便,充能快等优点，但是，也存在一些目前难以克服的缺点。一方面，甲醇的闪点低，常温下易燃，尤其不适用于大功率场合。另外，甲醇蒸汽压较高，容易挥发至大气，造成燃料损失与大气污染。另一方面，甲醇等小分子存在甲醇渗透的问题，从阳极渗透至阴极，在阴极被氧化，产生混合电位，造成燃料浪费、电池性能衰减等后果。除甲醇外，其它的碳氢化合物燃料需要经过转化器、CO氧化器处理得到纯氢气后才能应用于重整式燃料电池。这些步骤降低了转换能效，所用的设备也增加了固定成本，增加了载荷，增加了设备安装空间，降低了移动使用的便捷性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种直接式多醚类化合物燃料电池及系统，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种直接式多醚类化合物燃料电池，其包括至少一个阳极结构和至少一个阴极结构，所述阳极结构包括阳极基体与阳极催化剂，所述阴极结构包括阴极基体与阴极催化剂；所述直接式多醚类化合物燃料电池能够使多醚类化合物在阳极催化剂的作用下于阳极进行氧化反应生成水与二氧化碳，并释放出电子及质子，且氧气与释放的质子在阴极催化剂的作用下于阴极进行还原反应。

进一步的，所述阳极催化剂包括Pt-Ru-Bi催化剂与酸性聚合物催化剂的复合物和/或铂碳催化剂与酸性聚合物催化剂的复合物，优选为Pt-Ru-Bi催化剂与酸性聚合物催化剂的复合物。

进一步的，所述阴极催化剂选自过渡金属基催化剂，优选为Fe基催化剂、Co基催化剂或Ni基催化剂中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

本发明中还提供了一种膜电极组件，所述膜电极组件包括质子交换膜和/或电解液以及设置于所述质子交换膜和/或电解液两侧的阳极结构和阴极结构，所述阳极结构包括阳极基体与阳极催化剂，所述阴极结构包括阴极基体与阴极催化剂。

具体的，所述直接式多醚类化合物燃料电池的反应原理如图1所示，其中电池构成如下：多醚类化合物阳极室、阴极室、膜组件以及其他辅助组件。