[发明专利]一种含气凝胶结构的燃料电池单电池及电堆

说明书

本发明提供一种含气凝胶结构的燃料电池单电池，包括阳极板、第一气凝胶结构片体、质子交换膜、第二气凝胶结构片体和阴极板，所述第一气凝胶结构片体设置于所述阳极板与所述质子交换膜之间，所述第二气凝胶结构片体设置于所述质子交换膜与所述阴极板之间，所述质子交换膜设置于所述第一气凝胶结构片体与所述第二气凝胶结构片体之间；所述第一气凝胶结构片体与所述第二气凝胶结构片体均含有相同的气凝胶结构；所述气凝胶结构为以Pt为骨架、纳米孔隙为20nm～50nm的气凝胶结构。本发明还提供一种由上述燃料电池单电池制备得到的燃料电池电堆。本申请能有效降低单电池的厚度、大幅降低成本，有效简化工艺并提高生产效率，易于规模化生产。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种含气凝胶结构的燃料电池单电池及电堆。

背景技术

燃料电池是利用燃料与氧气化学转化产生电能的装置，结构主要包括有双极板、膜电极和端板等部件。其中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心组件是膜电极(MEA)，它一般由质子交换膜、催化层与气体扩散层三部分组成。PEMFC的性能由MEA决定，而MEA的性能主要由质子交换膜性能、扩散层结构、催化层材料和性能、MEA本身的制备工艺所决定。因此，系统地研究MEA的制备工艺，有着十分重要的价值。

传统的燃料电池单电池一般为七层结构，包括两层双极板、两层碳纸、两层催化层和一层质子交换膜，由于结构层数较多，使得单电池的厚度较厚，燃料电池的体积功率密度相对较低，而且其制备工艺复杂，成本较高，难于规模化生产。

发明内容

基于此，本发明提供一种含气凝胶结构的燃料电池单电池及电堆，旨在解决现有的传统燃料电池单电池结构层数较多，电池的厚度较厚、体积功率密度相对较低、制备工艺复杂、成本较高、难于规模化生产等问题。本申请能够有效降低燃料电池的厚度，进而提高燃料电池的体积功率，从而有效简化工艺并提高生产效率，易于规模化生产。

为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供一种含气凝胶结构的燃料电池单电池，包括阳极板、第一气凝胶结构片体、质子交换膜、第二气凝胶结构片体和阴极板，所述第一气凝胶结构片体设置于所述阳极板与所述质子交换膜之间，所述第二气凝胶结构片体设置于所述质子交换膜与所述阴极板之间，所述质子交换膜设置于所述第一气凝胶结构片体与所述第二气凝胶结构片体之间；

所述第一气凝胶结构片体与所述第二气凝胶结构片体均含有相同的气凝胶结构；所述气凝胶结构为以Pt为骨架、纳米孔隙为20nm～50nm的气凝胶结构。

作为优选的实施方式，所述第一气凝胶结构片体的厚度为150um～400um；所述第二气凝胶结构片体的厚度为150um～400um。

作为优选的实施方式，所述第一气凝胶结构片体与所述第二气凝胶结构片体具有相同的结构。

作为优选的实施方式，所述第一气凝胶结构片体或所述第二气凝胶结构片体通过如下方法制备得到：

S01、边搅拌边将第一溶液加入第二溶液中，得到混合溶液；将第三溶液加入所述混合溶液中，混合均匀，得到混合液；

S02、将所述混合液置于旋转蒸发器中，于室温搅拌10min～15min，然后加热至45℃～50℃，再搅拌10min～15min，然后降温至40℃～45℃，并于40℃～45℃搅拌35min～30min；

S03、将所述旋转蒸发器的一头接空气，于60℃～65℃连续搅拌20h～24h，然后升温至80℃～90℃，并于80℃～90℃搅拌1h，接着升温至100℃搅拌20min～30min，得到产物；

S04、将所述产物进行薄片化处理，得到片体；将所述片体干燥，得到气凝胶结构片体。

优选的，步骤S01中，

所述第一溶液为异丙醇铝的异丙醇溶液，每100mL异丙醇中含有36.7632g-44.9328g异丙醇铝；