燃料电池制造技术

一种用于燃料电池的阳极组件，所述阳极组件具有阳极催化剂部件，所述阳极催化剂部件包含贵金属催化剂和光催化剂两者，并且提供所述光催化剂用于在入射辐射照射时，增强污染物一氧化碳的氧化；所述阳极组件还包含电流收集装置（28），其被电耦合至所述阳极催化剂部件，并且对于所述入射辐射和所述燃料电池的燃料是多孔的；以及流板（30），其引入用于提供入射辐射的光源（34）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池技术。
技术介绍
关于这一点，燃料电池是电化电池，其中，燃料氧 化反应产生的能量变化被转化为电能。在这方面，燃料电池由三个主要元件组成，也就是阳极、质子传导膜、以及阴极。将例如氢或有机材料形式的燃料送入燃料电池的阳极室，在那里将其氧化。然后，被直接用作燃料或源自有机材料分解的氢在燃料电池的阳极离解为质子和电子。通过质子传导膜将质子引导至阴极，同时，电子绕外部负载电路行进至阴极，因而产生电池的电流输出。空气、富氧空气、或氧气本身形式的氧化剂被送至阴极室，在此，通过与质子和电子的化学反应，将氧化剂还原，形成水。一些燃料电池要求在高温下(例如，600至1000°C之间)运行，以便以所需方式分解燃料。然而，加热至该高温不适合需要快速启动时间的某些应用，例如当使用燃料电池驱动车辆时。另外，在高温下运行快速损耗燃料电池部件和气体密封，所以高温燃料电池趋向于特别不耐久。低温燃料电池，例如质子交换膜燃料电池(PEMFC)、直接甲醇燃料电池(DMFC)以及直接乙醇燃料电池(DEFC)通常在从室温上至80°C的温度范围下运行，但是一些也能在高达200°C的温度运行。该低温燃料电池具有短启动时间和长耐久力的优点。另外，PEMFC具有比高温燃料电池通常更小和更轻的优点。在低温下，在阳极提供的贵金属催化剂(通常为钼)，能够帮助氢或碳氢化合物在PEMFC的阳极氧化。然而，与PEMFC相关的问题在于，在催化剂-阳极表面强烈吸附污染物一氧化碳。一氧化碳源自有机燃料诸如阳极室内的甲醇或乙醇的分解，或者源自受一氧化碳污染的氢-因为源自重整碳氢化合物的氢能够包含超过IOOppm的一氧化碳。在高温燃料电池中，通常易于将该一氧化碳氧化为二氧化碳，后者易于从电极表面脱附。然而，由于一氧化碳到二氧化碳的氧化在低温下效率较低，所以在低温燃料电池的催化剂-阳极表面吸附一氧化碳，因而阻塞阳极处的氢氧化反应的活性部位。虽然贵金属催化剂，诸如钼有效地催化氢的离解，但是其关于一氧化碳氧化的功能有限。随着时间过去，氢氧化活性部位的阻塞引起电池性能明显降低。已探索从低温PEMFC阳极清除一氧化碳的各种方法。—种这类方法包含在运行期间脉冲电池电压。然而，发现该方法干扰电池的能量输出，如果需要恒定能量输出时不期望该情况。另一种方法包含将空气引入阳极室。然而，这明显降低了开路电池的电势，并且因此降低电池性能。而另一种方法已使用双金属催化剂，其包含贵金属和非贵金属，诸如钼和钌的合金。然而，发现其在一氧化碳浓度超过25ppm时不防止电极中毒。已研究其他双金属或三金属催化剂，诸如Pt/Ni、Pt/Co、Pt/Ru/Ni和Pt/Ni/Co。然而，在该系统中，非贵合金金属需要显示许多特性如常使用Nafion (RTM)(四氟乙烯和全氟聚醚磺酸的共聚物)作为电解质材料，因而产生强的全氟磺酸环境，非贵金属必须在该环境中稳定；同样地，非贵金属必须具有用于水离解反应和从吸附的CO和吸附的OH形成COOH的低活化能。不论上述方法如何，存在对提供这样的燃料电池，尤其是PEMFC、DMFC和DEFC的需求，其能够通过提供对一氧化碳污染阳极的增强耐受水平，而提高已知燃料电池的效率。
技术实现思路
由于上述问题，本申请人已研究通过降低阳极处存在的污染物一氧化碳的量而提高燃料电池诸如PEMFC、DMFC或DEFC的效率的方法。根据本专利技术的第一方面，提供用于燃料电池的阳极组件，该阳极组件具有阳极催化剂部件，所述阳极催化剂部件包含贵金属催化剂和光催化剂， 并且提供所述光催化剂，用于在受入射辐射的照射后增强污染物一氧化碳的氧化；阳极组件还包含电流收集装置，其被电耦合至催化剂部件，并且对于所述入射辐射和燃料电池的燃料是多孔的；以及流板(flow plate),其引入包含提供入射福射的光源。现有低温燃料电池依赖于使用非常纯净的氢或已预纯化的燃料作为燃料源。提供用于增强污染物一氧化碳的氧化的光催化剂允许产生具有一氧化碳耐受阳极组件的低温燃料电池。该电池因而能够利用碳氢化合物气体或液体，诸如甲醇或乙醇作为燃料源，而无需净化器和/或重整器。这降低该低温燃料电池的体积(bulk)和运行成本。也降低了贵重的金属催化剂负荷，这明显降低燃料电池成本。另外，当在DEFC中使用时，本专利技术的布置展示增加的电池效率。本专利技术的燃料电池的特殊布置提供这样的优点与使用外部照明源的概念相反，本照明源紧密靠近催化剂层。因此，能够使用低确定光技术，其很大程度地降低成本。另夕卜，薄层光源的平面外形构造确保催化剂层的高效和均质照明，而外部照明概念不是这种情况。依照本专利技术的燃料电池可在许多装置中获得应用，其中受碳污染的氢或碳氢化合物燃料当前被用作产生能量的燃料。可能的用途为电池、小型便携式装置中的柴油发电机或内燃机、轻和重型车辆、以及备用或远程固定电源装置的补充或替换，因而允许使用市场上的电池，诸如便携式电子装置，移动或小型固定发电。光源可被提供为平面元件，并且可由燃料电池直接供电。有利地，光源为有机发光二级管(OLED)。光源被提供为平面元件允许燃料电池和双极板尺寸与传统部件相同，而不由于另外体积影响其紧凑性。便利地，至少一部分流板对于来自所述光源的辐射可以是多孔的。便利地，流板可具有用于在阳极周围引导燃料的流动引导表面，在阳极和光源之间提供流动引导表面。有利地，流板可由丙烯酸树脂或玻璃制成。电流收集装置可包含金属网(mesh)。可选地，电流收集装置可包含多个大体上平行的金属线或绳。在电流收集装置的每种布置中，网、线或绳可包含镀金材料、钛、镍或铬、或镀钼材料。可选地，电流收集装置可包含金属泡沫(foam)，诸如镍泡沫。作为进一步的可选项，电流收集装置可包含镀金属的或碳沉积覆复的聚合物织物。有利地，贵金属催化剂可包含钼。有利地，光催化剂可包含光催化活性金属氧化物，或源自光催化活性金属氧化物的材料。金属氧化物可为氧化钨、二氧化钛或氧化铁。根据本专利技术的进一步方面，提供流板，用于在根据本专利技术第一方面的阳极组件中使用。 根据本专利技术的进一步方面，提供流板，用于在包含用于绕传导元件引导燃料的流动引导表面的燃料电池中使用，其中，所述流板已在其中引入平面光源，用于通过流板朝着所述传导元件辐射光。常规上，流板还包括凹进部分(recess)，用于容纳所述光源。此外，对于光源辐射的光，至少一部分流板可以是多孔的。有利地，流板可部分或完全由丙烯酸树脂或玻璃制成。流板可具有Imm至15_范围的厚度。根据本专利技术的进一步方面，提供用于燃料电池的阳极组件，该组件包括阳极催化剂部件，所述阳极催化剂部件包含密切接触的贵金属催化剂和光催化剂，提供所述光催化齐U，用于在受入射光辐射照射时增强污染物一氧化碳的氧化；阳极组件还包括电流收集装置，其被电耦合至催化剂部件，并且对于所述入射辐射和燃料电池的燃料是多孔的，所述电流收集装置包括金属线接触所述阳极催化剂部件的表面的布置，所述阳极催化剂部件面对引入光源的流板。附图说明现在将参考附图，仅为了例证而描述本专利技术的实施方式，其中图I示出根据本专利技术实施方式的燃料电池的一般构造；图2示出图I的燃料电池的阳极组件；以及图3示出可用于形成图2的催化剂层的颗粒的图。具体实施例方式能够从图I看出根据本专利技术的燃料电池10的一般构造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.22 GB 0918547.11.一种用于燃料电池的阳极组件，所述阳极组件具有阳极催化剂部件，所述阳极催化剂部件包含贵金属催化剂和光催化剂两者，并且提供所述光催化剂用于在入射辐射照射时，增强污染物ー氧化碳的氧化；所述阳极组件还包含电流收集装置，其被电耦合至所述阳极催化剂部件，并且对于所述入射辐射和所述燃料电池的燃料是多孔的；以及流板，其引入用于提供入射辐射的光源。2.根据权利要求I所述的阳极组件，其中，所述光源被提供为平面元件。3.根据权利要求I或2所述的阳极组件，其中，由所述燃料电池直接对所述光源供电。4.根据以上权利要求任一项所述的阳极组件，其中，所述光源为有机发光二极管(OLED)。5.根据以上权利要求任一项所述的阳极组件，其中进ー步，所述流板包含用于容纳所述光源的凹进部分。6.根据以上权利要求任一项所述的阳极组件，其中，至少一部分所述流板对于来自所述光源的辐射是多孔的。7.根据以上权利要求任一项所述的阳极组件，其中，所述流板具有用于在所述阳极组件内引导燃料的流动引导表面，并且其中，在所述电流收集装置和所述光源之间提供所述流动引导表面。8.根据以上权利要求任一项所述的阳极组件，其中，所述流板由丙烯酸树脂制成。9.根据权利要求I至7任一项所述的阳极组件，其中，所述流板由玻璃制成。10.根据以上权利要求任一项所述的阳极组件，其中，所述电流收集装置包含金属网。11.根据权利要求I至9任一项所述的阳极组件，其中，所述电流收集装置包含多个大体上平行的金属线或绳。12.根据权利要求10或11所述的阳极组件，其中，所述网、线或绳包含镀金材料。13.根据权利要求10或11所述的阳极组件，其中，所述网、线或绳包含钛、镍或铬。14.根据权利要求10或11所述的阳极组件，其中，所述网、线或绳包含镀钼材料。15.根据权利要求I至9任一项所述的阳极组件，其中，所述电流收集装置包含金...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·克鲁斯，M·J·托德，D·E·麦卡菲，R·P·K·威尔斯，
申请(专利权)人：阿伯丁大学大学评议会，
类型：发明
国别省市：