[发明专利]一种功能组分协同梯度化分布的燃料电池膜电极结构

说明书

本发明公开了一种功能组分协同梯度化分布的燃料电池膜电极结构，包括质子交换膜；质子交换膜的左侧设置有阳极催化层、阳极气体扩散层和阳极极板；质子交换膜的右侧设置有阴极催化层、阴极气体扩散层和阴极极板；阴极催化层和阳极催化层均包含作为催化剂的铂Pt和全氟磺酸，铂Pt和全氟磺酸的含量按照预设的梯度化分布规律，在纵向和展向上分布；阳极气体扩散层和阴极气体扩散层均包含PTFE，PTFE的含量按照预设的梯度化分布规律，在纵向和展向上分布。本发明同时设计催化层和扩散层内铂、全氟磺酸及PTFE的含量在纵向和展向的双向梯度化，能够显著提高催化的效率，使膜电极中气体反应更充分，促进电池整体性能的提高。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，特别是涉及一种功能组分协同梯度化分布的燃料电池膜电极结构。

背景技术

随着世界经济不断发展，大大增加了对能源的需求。而质子交换膜燃料电池，作为新兴能源，在结构和技术方面已经取得重大突破。但是，如何降低质子交换膜燃料电池的制造成本并且提高电池的性能和效率，仍然是当前研究的重中之重。

质子交换膜燃料电池的膜电极，通常由质子交换膜、催化层、扩散层三个部件所组成。膜电极的制造材料及结构，对质子交换膜燃料电池的性能具有很大的影响。所以大多数关于氢氧燃料电池的研究，都是围绕膜电极所进行。

作为氢氧燃料电池核心组件的传统膜电极，其反应效率低，速度慢，催化剂利用率低的问题由来已久。

因此，目前迫切开发出一种技术，能够解决以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种功能组分协同梯度化分布的燃料电池膜电极结构。

为此，本发明提供了一种功能组分协同梯度化分布的燃料电池膜电极结构，包括垂直分布的质子交换膜；

质子交换膜的左侧，由近及远依次设置有阳极催化层、阳极气体扩散层和阳极极板；

质子交换膜的右侧，由近及远依次设置有阴极催化层、阴极气体扩散层和阴极极板；

质子交换膜、阳极催化层、阳极气体扩散层和阳极极板、阴极催化层、阴极气体扩散层和阴极极板中心点位于同一直线上，并且相互水平对齐；

阳极催化层和阴极催化层，两者为左右对称分布，并且形状大小相同；

阳极气体扩散层和阴极气体扩散层，两者为左右对称分布，并且形状大小相同；

对于阴极催化层和阳极催化层，均包含作为催化剂的铂Pt和离聚物全氟磺酸；

对于阴极催化层，其整体形状为长方体其上的铂Pt和离聚物全氟磺酸的含量，按照预设的阴极催化层梯度化分布规律，在其纵向和展向这两个方向上分布；

对于阳极催化层其整体形状为长方体，其上的铂Pt和离聚物全氟磺酸的含量，按照预设的阳极催化层梯度化分布规律，在其纵向和展向这两个方向上分布，并且其上的铂Pt和离聚物全氟磺酸的含量与阴极催化层中具有的铂Pt和离聚物全氟磺酸的含量，呈左右对称分布；

对于阳极气体扩散层和阴极气体扩散层，均包含作为疏水剂的PTFE；

对于阳极气体扩散层，其整体形状为长方体，其上的PTFE的含量，按照预设的阳极气体扩散层梯度化分布规律，在其纵向和展向这两个方向上分布；

对于阴极气体扩散层，其整体形状为长方体，其上的PTFE的含量，按照预设的阴极气体扩散层梯度化分布规律，在其纵向和展向这两个方向上分布，并且其上的PTFE的含量与阳极扩散层中PTFE的含量呈左右对称分布。