消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构及燃料电池制造技术

本实用新型专利技术提供了一种消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构及燃料电池。其中，消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构，包括膜电极空气侧和膜电极氢气侧；所述膜电极空气侧包括空气侧中部区域、空进过渡区和空出过渡区，所述空进过渡区和空出过渡区分别设置在空气侧中部区域两侧，所述膜电极氢气侧包括氢气侧中部区域、氢进过渡区和氢出过渡区，所述氢进过渡区和氢出过渡区分别设置在氢气侧中部区域两侧，所述空气侧中部区域、氢气侧中部区域、氢进过渡区和氢出过渡区均涂布催化剂，所述空进过渡区和空出过渡区均不涂布催化剂。在消弱氢空界面腐蚀的基础上，达到有利电堆集成且成本低的目的。达到有利电堆集成且成本低的目的。达到有利电堆集成且成本低的目的。

【技术实现步骤摘要】
消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构及燃料电池


[0001]本技术属于新能源
，尤其是涉及一种消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构及燃料电池。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆是由多节单电池组成，PEMFC单电池由质子交换膜、阴阳两极催化层、扩散层、双极板以及冷却通道等部件组成。燃料通过燃料电池堆的燃料进口分配腔进入每节单电池，经过电池内的流道并参与反应，剩余气体从燃料电池堆的燃料出口汇集腔流出燃料电池堆。燃料电池堆可以应用到多种场合，如车载、基站等。而在车载工况中，因其环境的复杂性，燃料电池堆会出现一些如耐久性等问题。当车辆启停、怠速或者系统故障时，燃料电池内部的阳极侧（氢气流道内）会存在一定量的含氧空气，主要集中在阳极流道的进出口位置处，氢氧将形成气体边界，由于催化剂的高导电性，两个气体区域会形成闭合回路，从而发生氢氧反应。在燃料电池的反向电流衰减机理中，一般阳极电位在0~0.1V（VS. SHE），阴极由于存在混合电位，一般在0.8~0.9V（VS. SHE）。当阳极发生氢氧反应时，阳极电位将从0V降至
‑
0.6V，且在此区域出现与正常燃料电池模式相反的电流流动，将阴极界面电位差提高到1.44V，导致碳腐蚀，从而降低了性能。而且从实验测得，停机导致的碳腐蚀比启动碳腐蚀更为严重，碳腐蚀主要集中在阴极流道的进出口位置。
[0003]燃料电池堆在启停过程中会在阳极的流道区出现氢空界面，进而引起的碳腐蚀，破坏膜电极的结构，该现象尤其出现在流道的进出口位置。现有消弱氢空界面对膜电极造成的损伤的主要技术如下：
[0004]1.从催化剂角度，如增加催化剂铂载量、改进催化剂结构、载体结构等，这些方案虽然增加了相应的成本，但也对耐久性和功率密度有很大的提升，是现今常用的一种工程改进手段。
[0005]2.从系统层面如使用假电池方案、或采用电压巡检来避免高电位的产生等策略。
[0006]3.在控制策略方面，如在关闭氢气前先关闭空气通道，并在关机后，使用外接电路来消耗反应气体，这样阴极中残留空气的氧气被消耗完，只剩下保护性气体氮气；在开机时向阳极快速通入氢气，赶走阳极氧气，同时使用外接辅助负载来消耗反应气体。
[0007]综上所述，现有技术基本都需要在电堆启动或者停机时采用精确的控制策略来进行启停，用到了辅助负载等设备，还需要防止反极现象的出现；现有技术虽然响应很迅速，但需要很多的辅助设备，一方面给电堆的集成造成一定的困难，另一方面也增加了整个电堆的成本。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的问题，本技术提供了一种消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构及燃料电池，可以在消弱阳极侧流道内氢空界面腐蚀现象的同时，避免出现现有技术中存在的不利于电堆集成且成本高的问题。
[0009]第一方面，本公开实施例提供了一种消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构，包括膜电极空气侧和膜电极氢气侧；所述膜电极空气侧包括空气侧中部区域、空进过渡区和空出过渡区，所述空进过渡区和空出过渡区分别设置在空气侧中部区域两侧，所述膜电极氢气侧包括氢气侧中部区域、氢进过渡区和氢出过渡区，所述氢进过渡区和氢出过渡区分别设置在氢气侧中部区域两侧，所述空气侧中部区域、氢气侧中部区域、氢进过渡区和氢出过渡区均涂布催化剂，所述空进过渡区和空出过渡区均不涂布催化剂。
[0010]可选的，还包括边框，所述膜电极设置在边框内。
[0011]可选的，还包括空气通道、冷却液通道和氢气通道。
[0012]可选的，包括空气通道、冷却液通道和氢气通道均为两个，两个空气通道分别设置在膜电极的两侧，两个冷却液通道分别设置在膜电极的两侧，两个氢气通道分别设置在膜电极的两侧。
[0013]可选的，所述膜电极空气侧分别设置第一空气进板口、第一空气出板口、第一冷却液进板口、第一冷却液出板口、第一氢气进板口和第一氢气出板口。
[0014]可选的，第一空气进板口、第一冷却液进板口和第一氢气出板口设置在膜电极空气侧的一侧，第一氢气进板口、第一冷却液出板口和第一空气出板口设置在膜电极空气侧的另一侧。
[0015]可选的，所述膜电极氢气侧分别设置第二空气进板口、第二空气出板口、第二冷却液进板口、第二冷却液出板口、第二氢气进板口和第二氢气出板口。
[0016]可选的，第二氢气进板口、第二冷却液出板口和第二空气出板口设置在膜电极氢气侧的一侧，第二空气进板口、第二冷却液进板口和第二氢气出板口设置在膜电极氢气侧的另一侧。
[0017]可选的，所述第一空气进板口与第二空气出板口对应设置，第一冷却液进板口与第二冷却液出板口对应设置，第一氢气出板口与第二氢气进板口对应设置，所述第一空气出板口与第二空气进板口对应设置，第一冷却液出板口与第二冷却液进板口对应设置，第一氢气进板口与第二氢气出板口对应设置。
[0018]第二方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池，包括：第一方面任一所述的消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构。
[0019]本技术提供的消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构及燃料电池，其中消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构，通过设置空进过渡区、空出过渡区、氢进过渡区和氢出过渡区，空气侧中部区域、氢气侧中部区域、氢进过渡区和氢出过渡区均涂布催化剂，空进过渡区和空出过渡区均不涂布催化剂，氢进过渡区和氢出过渡区涂布催化剂，当阳极的氢进出口处出现氢氧界面时，在界面处会发生氢氧反应来消耗氧气，生成水。而且空进过渡区和空出过渡区均不涂布催化剂，故该区域无电位变化，进而无法发生碳腐蚀等损害膜电极的反应。通过过渡区的设置以及是否涂布催化剂抑制了氢空界面引起的高电位和碳腐蚀，需要采用额外的控制策略或者辅助设备，在消弱氢空界面腐蚀的基础上，从而达到有利电堆集成且成本低的目的。
附图说明
[0020]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它
目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0021]图1为本公开实施例提供的膜电极空气侧的结构示意图；
[0022]图2为本公开实施例提供的膜电极氢气侧的结构示意图；
[0023]附图标记说明：
[0024]1‑
边框；2
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空进过渡区；3
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空气侧中部区域；4
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空出过渡区；5
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第一空气进板口；6
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第一冷却液进板口；7
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第一氢气出板口；8
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第一氢气进板口；9
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第一冷却液出板口；10
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第一空气出板口；11
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氢进过渡区；12
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氢气侧中部区域；13
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氢出过渡区；14
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第二氢气进板口；15
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第二冷却液出板口；16
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第二空气出板口；17
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构，其特征在于，包括膜电极空气侧和膜电极氢气侧； 所述膜电极空气侧包括空气侧中部区域、空进过渡区和空出过渡区，所述空进过渡区和空出过渡区分别设置在空气侧中部区域两侧，所述膜电极氢气侧包括氢气侧中部区域、氢进过渡区和氢出过渡区，所述氢进过渡区和氢出过渡区分别设置在氢气侧中部区域两侧，所述空气侧中部区域、氢气侧中部区域、氢进过渡区和氢出过渡区均涂布催化剂，所述空进过渡区和空出过渡区均不涂布催化剂。2.根据权利要求1所述的消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构，其特征在于，还包括边框，所述膜电极设置在边框内。3.根据权利要求2所述的消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构，其特征在于，还包括空气通道、冷却液通道和氢气通道。4.根据权利要求3所述的消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构，其特征在于，包括空气通道、冷却液通道和氢气通道均为两个，两个空气通道分别设置在膜电极的两侧，两个冷却液通道分别设置在膜电极的两侧，两个氢气通道分别设置在膜电极的两侧。5.根据权利要求4所述的消弱氢空界面腐蚀的膜电极结构，其特征在于，所述膜电极空气侧分别设置第一空气进板口、第一空气出板口、第一冷却液进板口、第一冷却液出板口、第一氢气进板口和第一氢气出板口。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯金亮，丁铁新，高云庆，李飞强，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：