一种膜电极结构及具有其的膜电极和燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种膜电极结构，设有多孔导电介质构成的扩散传质结构，扩散传质结构一体地形成有气体传输层和气体扩散层。能够代替传统结构燃料电池中的流场板，能够简化了燃料电池结构，显著降低了流场设计的任务量；此外，多孔导电介质构成的扩散传质结构，显著提高了气体扩散传质的能力，提高了传质的均匀性，整体上，起到提高燃料电池性能和降低设计成本的目的。同时解决了腐蚀防护难题。

A membrane electrode structure and its membrane electrode and fuel cell

The invention provides a membrane electrode structure, which is provided with a diffusion mass transfer structure composed of a porous conductive medium, and the diffusion mass transfer structure is integrally formed with a gas transmission layer and a gas diffusion layer. It can replace the flow field plate in the traditional structure of fuel cell, simplify the structure of fuel cell, significantly reduce the task of flow field design; in addition, the diffusion and mass transfer structure composed of porous conductive media, significantly improve the ability of gas diffusion and mass transfer, improve the uniformity of mass transfer, as a whole, to improve the performance of fuel cell and reduce the design cost. At the same time, the problem of corrosion protection is solved.

【技术实现步骤摘要】
一种膜电极结构及具有其的膜电极和燃料电池
本专利技术涉及燃料电池
领域，尤其体涉及一种膜电极结构及具有其的膜电极和燃料电池。
技术介绍
目前，质子交换膜燃料电池(以下简称燃料电池)的膜电极一般指包含质子交换膜、催化层和气体扩散层的复合结构，其厚度一般在0.2-0.5mm。膜电极上的反应气体的供给依赖于外部流场，而传统普遍采用的气体供给流场为沟槽、脊背相间分布的形式，这种形式往往具有气体传质性能不佳、流动分布不均匀的情况。现有技术中提出采用多孔介质如泡沫金属作为气体扩散层的方法，气体的扩散传质能力及均匀性均得以提高，但泡沫金属材料存在腐蚀性防护无法施加的难题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种膜电极结构，设有多孔导电介质构成的扩散传质结构，扩散传质结构一体地形成有气体传输层和气体扩散层。显著提高了气体扩散传质的能力，提高了传质的均匀性，简化了燃料电池结构，显著降低了流场设计的任务量；同时避免了出现腐蚀的问题。整体上，起到提高燃料电池性能和降低设计成本的目的。具体的：本专利技术提供一种膜电极结构，设有多孔导电介质构成的扩散传质结构，所述扩散传质结构一体地形成有气体传输层和气体扩散层。这种一体化的结构与现有技术相比，是气体传输层与气体扩散层的接触电阻几乎为零，大大提高了燃料电池的性能。进一步可选地，所述气体传输层采用多孔导电介质；所述气体扩散层在所述多孔导电介质成型气体传输层过程中一体成型在所述多孔导电介质表面，这提高了气体扩散传质的能力，提高了传质的均匀性，简化了燃料电池结构。进一步可选地，所述气体扩散层一体形成在多孔导电介质表面上的方式为涂覆方式。具体的在制备气体传输层的时候将制备气体扩散层的多孔导电材料涂覆在制备气体传输层的多孔材料表面，然后进行压制加工。进一步可选地，所述多孔导电介质为多孔导电金属，能够充分保障气体传输扩散的过程，同时保证了气体传输层具有良好的导电性能。进一步可选地，所述多孔导电介质表面上涂覆碳纤维结构材料形成气体扩散层。其中碳纤维结构材料包括有碳纤维复合材料、碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸，该设计保证气体扩散层能够支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水。进一步可选地，所述气体传输层的孔隙包裹有防腐层，能够有效避免或减弱燃料电池工作过程中的电化学腐蚀，延长燃料电池的使用寿命。进一步可选地，所述防腐层为PTFE层，既保证了防腐蚀的效果，又具有良好的疏水特性和气体传输特性，提高燃料电池的性能。进一步可选地，所述气体扩散层厚度为0.7mm-1.3mm，气体传输层厚度为0.1mm-2mm。进一步可选地，所述多孔导电介质层远离质子交换膜的方向逐渐增大。靠近质子交换膜膜的部分孔隙率较小使气体传输更加均匀，且有利于提高水的饱和蒸气压，远离膜的部分孔隙率较大便于降低气体传输阻力。本专利技术还提供一种膜电极，设有气体传输层、气体扩散层和质子交换膜，所述气体传输层、气体扩散层形成上述任一项所述的膜电极结构。其中，所述质子交换膜的两侧分别设置有所述气体传输层和气体扩散层。进一步可选地，所述气体扩散层用于和质子交换膜接触的下半部分涂覆有微孔层，用于和质子交换膜的良好接触，且提高了反应气体与膜电极的接触面积。进一步可选地，所述质子交换膜表面形成有催化层，所述催化层与所述微孔层形成良好接触，减少接触电阻。本专利技术提供一种燃料电池单电池，具有上述任一项所述的膜电极结构或任一项所述的膜电极。本专利技术提供一种燃料电池电堆，由上述燃料电池单电池堆叠构成。本专利技术提供一种膜电极结构，设有多孔导电介质构成的扩散传质结构，扩散传质结构一体地形成有气体传输层和气体扩散层。实现了以下友有益效果：(1)能够简化了燃料电池结构，显著降低了流场设计的任务量；(2)显著提高了气体扩散传质的能力，提高了传质的均匀性；(3)提高燃料电池性能和降低设计成本；(4)解决了腐蚀防护的问题。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1本专利技术实施例中燃料电池电堆结构示意图；图2本专利技术实施例中燃料电池单电池结构示意图；图3本专利技术实施例中燃料电池单电池结构爆炸图示意图；图4本专利技术实施例中膜电极结构示意图；图5本专利技术实施例中膜电极部分结构示意图；1-燃料电池单电池；2-阳极集流板；21-阳极气体进口；3-阴极集流板；31-阳极气体进口；4-膜电极；41-密封圈；42-质子交换膜；43-气体扩散层；431-微孔层；44-气体传输层；具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。本专利技术提供一种膜电极结构，设有多孔导电介质构成的扩散传质结构，扩散传质结构一体地形成有气体传输层和气体扩散层。首先能够简化了燃料电池结构，显著降低了流场设计的任务量；此外，多孔导电介质构成的扩散传质结构，显著提高了气体扩散传质的能力，提高了传质的均匀性，整体上，起到提高燃料电池性能和降低设计成本的目的。实施例1：如图4-5所示，本实施例提供一种膜电极结构，设有多孔导电介质构成的扩散传质结构，扩散传质结构一体地形成有采用多孔导电介质的气体传输层44和气体扩散层43。进一步优选的，多孔导电介质为多孔导电金属，能够充分保障气体传输扩散的过程，同时保证了气体传输层44具有良好的导电性能。优选的，气体扩散层43在多孔导电介质成型气体传输层44过程中通过涂覆方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膜电极结构，其特征在于：设有多孔导电介质构成的扩散传质结构，所述扩散传质结构一体地形成有气体传输层(44)和气体扩散层(43)。/n

【技术特征摘要】
1.一种膜电极结构，其特征在于：设有多孔导电介质构成的扩散传质结构，所述扩散传质结构一体地形成有气体传输层(44)和气体扩散层(43)。


2.如权利要求1所述的膜电极结构，其特征在于：其中，
所述气体传输层(44)采用多孔导电介质；
所述气体扩散层(43)在所述多孔导电介质成型气体传输层(44)过程中一体成型在所述多孔导电介质表面。


3.如权利要求2所述的膜电极结构，其特征在于：所述气体扩散层(43)一体形成在多孔导电介质表面上的方式为涂覆方式。


4.如权利要求1-3任一项所述的膜电极结构，其特征在于：所述多孔导电介质为多孔导电金属。


5.如权利要求1-4任一项所述的膜电极结构，其特征在于：所述多孔导电介质表面上涂覆碳纤维结构材料形成气体扩散层(43)。


6.如权利要求1-5任一项所述的膜电极结构，其特征在于：所述气体扩散层(43)厚度为0.7mm-1.3mm，气体传输层(42)厚度为0.1mm-2mm。


7.如权利要求1-6任一项所述的膜电极结构，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永，陈晓，张威，肖彪，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44