燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种燃料电池系统，其包括：一燃料电池模组，该燃料电池模组包括一膜电极，该膜电极包括一质子交换膜、一阴极电极以及一阳极电极，所述阴极电极和所述阳极电极分别设置于该质子交换膜相对的两表面；一燃料；一氧化剂气体；其中，所述燃料电池模组进一步包括一开口容器，该开口容器内部具有一腔室，所述腔室通过至少一开口与外部连通，用于通入所述氧化剂气体；所述膜电极直接设置于该开口容器的容器壁表面，且所述容器壁表面被该膜电极覆盖的区域具有多个扩散孔；该燃料电池模组使用时可将所述开口容器的容器壁至少部分浸入所述燃料中，使所述氧化剂气体与燃料通过所述膜电极间隔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池系统，尤其涉及一种基于碳纳米管的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料及氧化剂气体转化为电能的电化学发电装置，被广泛应用于军事国防及民用的电力、汽车、通信等领域。生物燃料电池是以酶或微生物为催化剂，将有机物中的化学能直接转化为电能的装置。通常，现有的燃料电池包括：一膜电极(MembraneElectrodeAssembly，简称MEA)，该膜电极包括一质子交换膜(ProtonExchangeMembrane)和分别设置在质子交换膜两个相对的表面的阴极电极和阳极电极；一装有燃料的阳极容室，且阳极电极浸泡于该燃料中；一导流板(FlowFieldPlate，简称FFP)设置于阴极电极远离质子交换膜的表面；一集流板(CurrentCollectorPlate，简称CCP)设置于导流板远离质子交换膜的表面；以及相关的辅助部件，如：鼓风机、阀门、管路等。然而，现有技术中燃料电池的膜电极通常为“汉堡式”。“汉堡式”的平面叠加结构并没有充分发挥出质子交换膜及碳纳米管的接触效率，电池的能量转换率降低，导致实际使用效率降低。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可以增加膜电极的比表面积，从而提高电池内部反应交换效率的燃料电池系统。一种燃料电池系统，其包括：一燃料电池模组，该燃料电池模组包括一膜电极，该膜电极包括一质子交换膜、一阴极电极以及一阳极电极，所述阴极电极和所述阳极电极分别设置于该质子交换膜相对的两表面；一燃料；一氧化剂气体；其中，所述燃料电池模组进一步包括一开口容器，该开口容器内部具有一腔室，所述腔室通过至少一开口与外部连通，用于通入所述氧化剂气体；所述膜电极直接设置于该开口容器的容器壁表面，且所述容器壁表面被该膜电极覆盖的区域具有多个扩散孔；该燃料电池模组使用时可将所述开口容器的容器壁至少部分浸入所述燃料中，使所述氧化剂气体与燃料通过所述膜电极间隔。与现有技术相比较，本专利技术提供的燃料电池系统具有以下优点：由于将原来的平面型膜电极改为曲面形状，增加了膜电极的比表面积，提升了内部交换反应效率，从而使得电池的实际使用效率提高。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的燃料电池的结构示意图。图2为本专利技术第一实施例提供的曲形支架的结构示意图。图3为本专利技术第二实施例提供的燃料电池的结构示意图。图4为本专利技术第三实施例提供的燃料电池的结构示意图。图5为本专利技术第四实施例提供的燃料电池的结构示意图。图6为本专利技术第四实施例提供的燃料电池的俯视图。图7为本专利技术第五实施例提供的燃料电池的结构示意图。图8为本专利技术第六实施例提供的燃料电池的结构示意图。图9为本专利技术第七实施例提供的燃料电池系统的结构示意图。图10为本专利技术第八实施例提供的燃料电池系统的结构示意图。图11为本专利技术提供的燃料电池的使用方法。主要元件符号说明燃料电池系统10，20燃料电池100，200，300，400，500，600膜电极103，203，303，403，503，603曲形支架101，201，301，401，501，601质子交换膜102，202，302，402，502，602阴极电极104，204，304，404，504，604阳极电极106，206，306，406，506，606集流板108，109，208，209，308，408，508，608外表面1012，2012，3012，4012，5012，6012内表面1013，3013，4013，5013，6013挡板1015，4015，6015腔室1016，3016，4016，5016，6016开口1014，1017，5014，5017，6014，6017延伸管道110扩散孔1019负载120生物燃料130供气和抽气装置140氧化剂气体150加压装置160如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合具体实施例，对本专利技术提供的燃料电池、采用该燃料电池的燃料电池系统，以及该燃料电池的使用方法作进一步详细说明。请一并参阅图1及图2，本专利技术第一实施例提供一种燃料电池模组100，其包括：一膜电极103，一容器101。所述膜电极103包括一质子交换膜102，一阴极电极104，一阳极电极106，所述阴极电极104和所述阳极电极106分别设置于该质子交换膜102的相对的两表面。所述开口容器101内部具有一腔室1016，所述腔室1016通过一开口1017与外部连通，用于通入一氧化剂气体。所述膜电极103设置于该开口容器的容器壁的表面，且所述容器壁表面被该膜电极覆盖的区域具有多个扩散孔，该燃料电池模组使用时可将所述开口容器的容器壁至少部分浸入一燃料130中，使所述氧化剂气体与所述燃料130通过所述膜电极间隔。具体地，所述容器壁表面包括一外表面1012和一与该外表面1013相对的内表面1013。所述膜电极103设置于所述容器壁的外表面1012，并且所述阴极电极104包裹于该容器壁的外表面1012上，并覆盖容器壁的整个外表面1012上。所述质子交换膜102包裹于该阴极电极104远离该开口容器101的表面，并覆盖该阴极电极104的整个表面。所述阳极电极106包裹于该质子交换膜102远离阴极电极104的表面，并覆盖该质子交换膜102的整个表面。所述阳极电极106与阴极电极104均包括扩散层与催化剂材料。进一步，所述膜电极103也可设置于所述容器壁的内表面1013上。进一步，所述膜电极103中与该容器壁表面接触的电极为阴极电极104、阳极电极106中的一个，只要确保该阴极电极104可与所述氧化剂气体接触，该阳极电极106与所述燃料130接触。在本案中，所述“开口容器101”是指可将空间分为内外两部分的结构，所述开口容器101的形状不限，可根据实际需要设定，比如球形、半球形、圆柱形、手风琴折叠式等形状。所述开口容器101主要起支撑作用，该开口容器101的容器壁被所述膜电极103覆盖的区域具有多个扩散孔1019。优选地，所述容器壁上仅被该膜电极103覆盖的区域具有多个扩散孔1019。该扩散孔1019的作用是为了确保腔室1016内部的气体或液体可通过该扩散孔1019扩散至所述阴极电极104或阳极电极106。该开口容器101的容器壁表面被所述膜电极103覆盖后，所述腔室1016通过一开口1017与外部连通，所述开口1017用于该腔室1016与外部进行气体或液体交换。所述腔室1016最大内径的尺寸与开口1017内径的尺寸比例可根据实际需要设定。具体地，所述腔室1016最大内径的尺寸大于所述开口1017内径的尺寸。所述比例可为1.5:1-100:1，优选地，5:1-50:1，这时，所述腔室1016最大内径的尺寸与开口1017内径的尺寸比例不会太小，以使得腔室1016内的气体能够与膜电极103反应后再排出腔室之外；所述腔室1016最大内径的尺寸与开口1017内径的尺寸比例不会太大，以使得腔室内可充入足够多的反应气体与膜电极反应。此时，对于覆盖该开口容器101的膜电极103，所述阳极106与阴极104由原来的“左右结构”变为包围的“内外结构”。所述开口容器101的材料可以为铜、铁或合金等导电材料，也可为塑料、橡胶等非导电材料。可以理解，本案中，如果所述膜电极103不需外力支撑，即可围成上述腔室101本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其包括：一燃料电池模组，该燃料电池模组包括一膜电极，该膜电极包括一质子交换膜、一阴极电极以及一阳极电极，所述阴极电极和所述阳极电极分别设置于该质子交换膜相对的两表面；一燃料；一氧化剂气体；其特征在于，所述燃料电池模组进一步包括一开口容器，该开口容器内部具有一腔室，所述腔室通过至少一开口与外部连通，用于通入所述氧化剂气体；所述膜电极直接设置于该开口容器的容器壁表面，且所述容器壁表面被该膜电极覆盖的区域具有多个扩散孔；该燃料电池模组使用时可将所述开口容器的容器壁至少部分浸入所述燃料中，使所述氧化剂气体与燃料通过所述膜电极间隔。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其包括：一燃料电池模组，该燃料电池模组包括一膜电极，该膜电极包括一质子交换膜、一阴极电极以及一阳极电极，所述阴极电极和所述阳极电极分别设置于该质子交换膜相对的两表面；一燃料；一氧化剂气体；其特征在于，所述燃料电池模组进一步包括一开口容器，该开口容器内部具有一腔室，所述腔室通过至少一开口与外部连通，用于通入所述氧化剂气体；所述膜电极直接设置于该开口容器的容器壁表面，且所述容器壁表面被该膜电极覆盖的区域具有多个扩散孔；该燃料电池模组使用时可将所述开口容器的容器壁至少部分浸入所述燃料中，使所述氧化剂气体与燃料通过所述膜电极间隔。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述容器壁表面具有一外表面和一与该外表面相对的内表面，所述膜电极直接设置于该容器壁的外表面上，且所述阴极电极、质子交换膜、阳极电极从内至外依次包裹于该容器壁的外表面上，并保持该阳极电极与所述燃料接触设置。3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池模组进一步包括一集流板，该集流板设置于所述膜电极远离该容器壁的表面，所述开口容器为一导电结构，且作为另一集流板。4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽娜，高新雨，杨淇耀，姜开利，刘长洪，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11