阳极气体扩散电极和燃料电池制造技术

本发明专利技术公开了一种阳极气体扩散电极和燃料电池，该阳极气体扩散电极包括基底层、导电微孔层和电解水催化剂层，所述基底层、所述导电微孔层和所述电解水催化剂层三者依次叠合。本发明专利技术通过在阳极气体扩散电极的导电微孔层的表面设置电解水催化剂层或者在导电微孔层结构中复合电解水催化剂颗粒，够有效的防止由于发动机启动/停止过程，导致燃料供应不足从而造成反极对燃料电池组件的腐蚀，使得燃料电池电堆整体结构更加稳定、延长其使用寿命。

Anode gas diffusion electrode and fuel cell

The invention discloses an anode gas diffusion electrode and a fuel cell. The anode gas diffusion electrode comprises a base layer, a conductive microporous layer and an electrolysis water catalyst layer, and the three layers of the substrate layer, the conductive microporous layer and the electrolysis water catalyst layer are superimposed successively. The surface of the conductive microporous layer in the anode gas diffusion electrode setting water electrolysis catalyst layer or in the conductive microporous layer structure composite water electrolysis catalyst particles, can effectively prevent the engine start / stop process, leading to inadequate fuel supply resulting in reverse polarity of fuel cell component corrosion, the fuel cell stack overall the structure is more stable and prolong its service life.

【技术实现步骤摘要】
阳极气体扩散电极和燃料电池
本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种阳极气体扩散电极和燃料电池。
技术介绍
目前，人类活动主要依赖的能源来自于石油、煤炭、天然气、核能等非再生能源，这些能源不仅储量有限，而且对环境造成了极大的危害。我国在经济建设和社会发展的同时，高度重视环境和资源的可持续性，积极探寻清洁、高效、可持续的新型能源。燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，利用氢气、天然气、甲醇等燃料与纯氧或空气作为原料分别在电池的阴极和阳极发生氧化还原反应，从而连续产生直流电。燃料电池可分为六大类：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)、直接甲醇燃料电池(DAFC)、碱性燃料电池(AFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。其中质子交换膜燃料电池以其无噪音、零污染、无腐蚀、功率密度高、转换效率高、低温启动、体积小等诸多优点，被认为是最有希望成为航天、军事、电动车和区域性电站的首选电源。质子交换膜燃料电池(PEMFC)，是一种高效率的电化学发电装置，在能量转化过程中，主要的反应产物是水，几乎不会产生污染环境的氮、硫化合物。因此，被认为21世纪新型环保高效的发电技术之一。特别是在交通运输领域，PEMFC被认为是最有可能大规模应用替代传统内燃机的新型能源装置。2016年丰田燃料电池汽车Mirai已经开始上市销售，最近其又联合日产、本田等11家企业计划打造全国范围内的氢能源加注站；美国福特汽车及德国奔驰等国际知名企业也在积极开发新的燃料电池汽车技术。
技术实现思路
本申请专利技术人发现，质子交换膜型燃料电池作为发动机的可靠运行的应用中，在燃料电池电池工作过程中，尤其是发动机启动/停止过程中，阴极部分空气/氧气或者阳极燃料(氢气)，供应不足时，特别是当氢气供应不足时，阳极电位会发生变化，此时会通过电解水反应产生H+，来弥补阳极处H+的不足，如下反应(1)，2H2O＝4H++O2+4e-如果反应继续发生，当阳极水分含量过低时，将会发生如下反应(2)及(3)，C+2H2O＝CO2+4H++4e-C+H2O＝CO+2H++4e-同时产生较多的热量。虽然根据热力学，反应(2)和(3)应首先发生，但是实际运行时往往由于反应(1)的动力学占优而以(1)为主。当反应(1)不易发生时，反应(2)和(3)的发生会造成MEA催化层甚至是双极板的损伤，同时积聚的热量很容易使MEA中出现小孔，导致短路发生。而且，燃料电池发动机工作过程需要不可避免的多次启动/停止、加减速所以氢气供应不足的是情况不可避免的。因此，在阳极燃料供应不足情况下，容易发生电压反转(反极)对MEA造成损伤的问题。有鉴于此，本专利技术提供的一种阳极气体扩散电极和燃料电池，更好的克服了上述现有技术存在的问题和缺陷，通过在阳极气体扩散电极的导电微孔层的表面设置电解水催化剂层或者在导电微孔层结构中复合电解水催化剂颗粒，够有效的防止由于发动机启动/停止过程，导致燃料供应不足从而造成反极对燃料电池组件的腐蚀，使得燃料电池电堆整体结构更加稳定、延长其使用寿命。一种阳极气体扩散电极，包括基底层、导电微孔层和电解水催化剂层，所述基底层、所述导电微孔层和所述电解水催化剂层三者依次叠合。进一步地，所述基底的厚度为100～300μm。进一步地，所述导电微孔层的厚度为10～100μm。进一步地，所述电解水催化层的厚度为0.01～10μm。进一步地，所述电解水催化剂层包括催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为5～100nm；所述催化剂颗粒在电解水催化剂层中的含量为50％～100％。进一步地，所述催化剂颗粒为Ru、Ir、Co、Re、Ni、Ta、Sn、Sb及其氧化物中的一种或几种的组合。进一步地，所述电解水催化剂层还包括用于负载所述催化剂颗粒的载体；所述载体为金属掺杂的SnO2、金属掺杂的TiO2、金属掺杂的Ta2O5、金属掺杂的Nb2O5、TiC、TaC、WC、碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨中的一种或几种的组合。本专利技术还提供了一种阳极气体扩散电极，包括基底层和复合有电解水催化剂颗粒的导电微孔层。进一步地，所述导电微孔层的厚度为10～100μm。本专利技术还提供了一种燃料电池，包括依次叠合在一起的阳极气体扩散电极、阳极催化剂层、质子交换膜层、阴极催化剂层和阴极气体扩散电极；所述阳极气体扩散电极为上述的阳极气体扩散电极。与现有技术相比，本专利技术的阳极气体扩散电极和燃料电池的有益效果是：(1)本专利技术通过在阳极气体扩散电极的导电微孔层的表面设置电解水催化剂层或者在导电微孔层结构中复合电解水催化剂颗粒，够有效的防止由于发动机启动/停止过程，导致燃料供应不足从而造成反极对燃料电池组件的腐蚀，使得燃料电池电堆整体结构更加稳定、延长其使用寿命；另外，增加的电解水催化剂层所占体积很小，并不会增加额外的负担，不影响正常操作情况下的燃料电池CCM的电极反应。(2)本专利技术的阳极气体扩散电极具有加工工艺简单，成本低的优势。综上所述，本专利技术特殊的结构，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的方法公开发表或使用而确属创新，产生了好用且实用的效果，较现有的技术具有增进的多项功效，从而较为适于实用，并具有广泛的产业价值。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对本专利技术保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。图1是本专利技术实施例1的燃料电池的结构示意图；图2是本专利技术实施例2的燃料电池的结构示意图。主要元件符号说明：1-基底层；2，2’-导电微孔层；3-电解水催化剂层；4-阳极催化剂层；5-质子交换膜层；6-阴极催化剂层；7-阴极气体扩散电极；8，8’-阳极气体扩散电极。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对阳极气体扩散电极和燃料电池进行更全面的描述。附图中给出了阳极气体扩散电极和燃料电池的实施例。但是，阳极气体扩散电极和燃料电池可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对阳极气体扩散电极和燃料电池的公开内容更加透彻全面。在下文中，可在本专利技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本专利技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。在本专利技术的各种实施例中，表述“A或/和B”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合，例如，可包括A、可包括B或可包括A和B二者。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“横向”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳极气体扩散电极，其特征在于，包括基底层、导电微孔层和电解水催化剂层，所述基底层、所述导电微孔层和所述电解水催化剂层三者依次叠合。

【技术特征摘要】
1.一种阳极气体扩散电极，其特征在于，包括基底层、导电微孔层和电解水催化剂层，所述基底层、所述导电微孔层和所述电解水催化剂层三者依次叠合。2.根据权利要求1所述的阳极气体扩散电极，其特征在于，所述基底的厚度为100～300μm。3.根据权利要求1所述的阳极气体扩散电极，其特征在于，所述导电微孔层的厚度为10～100μm。4.根据权利要求1所述的阳极气体扩散电极，其特征在于，所述电解水催化层的厚度为0.01～10μm。5.根据权利要求1所述的阳极气体扩散电极，其特征在于，所述电解水催化剂层包括催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为5～100nm；所述催化剂颗粒在电解水催化剂层中的含量为50％～100％。6.根据权利要求5所述的阳极气体扩散电极，其特征在于，所述催化剂颗粒为Ru、Ir、Co、Re、Ni、Ta、Sn、Sb及其氧化物中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶有堃，李佳佳，谢小军，蒋晓强，黄鹏辉，李辉，王海江，
申请(专利权)人：深圳市南科燃料电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44