一種高溫燃料電池電堆制造技術

一種高溫燃料電池電堆，包括二個端板和置于二個端板間的單體電池，所述單體電池包括雙極板和膜電極，于所述端板靠近單體電池的內側表面和/或所述雙極板兩側表面涂覆有分子篩涂層。根據本發明專利技術設計，可以有效解決高溫質子交換膜燃料電池啟停過程中由于水不能及時排出而導致的電池性能下降的問題。提高了電池運行過程中的穩定性，使電池壽命得以提升。解決了電池運行過程中由于生成的水不能及時排除而導致的水淹現象，使膜電極中催化劑載體和貴金屬催化劑以及擴散層等材料的腐蝕得以減輕，使膜電極穩定性得到提高。本發明專利技術所述除水方法結構簡單，能夠在不加外部設施的條件下進行有效除水。

High temperature fuel cell stack

A high temperature fuel cell stack, including single battery two end plate and a two end plate, the single battery includes a bipolar plate and a membrane electrode in the end plate near the cell inner surface and / or on both sides of the bipolar plate coated with molecular sieve coating. The design of the invention can effectively solve the problem that the performance of a proton exchange membrane fuel cell can not be discharged in time during the start and stop of the fuel cell. The stability in the operation of the battery is improved, and the battery life is improved. To solve the flooding phenomenon caused by formation water can't eliminate the battery in the operation process, the corrosion catalyst and noble metal catalysts and membrane electrode in the diffusion layer and other materials can be reduced, which improves the stability of membrane electrode. The water removing method of the invention has simple structure and can effectively remove water without adding external facilities.

【技術實現步驟摘要】
一種高溫燃料電池電堆
本專利技術涉及燃料電池
，具體的說涉及一種高溫燃料電池電堆。
技術介紹
燃料電池是一種通過化學反應將儲存在化合物燃料中的化學能直接轉化為電能的裝置。質子交換膜燃料電池通常由陽極、陰極及質子交換膜組成。在電池運行過程中，燃料在陽極催化劑表面發生氧化反應生成質子和電子，質子通過質子交換膜到達陰極，氧氣在陰極催化劑表面與質子發生還原反應生成水，電子則通過外電路做功到達陰極。質子交換膜燃料電池放電過程會產生大量的水，高溫質子交換膜燃料電池由于運行溫度較高，水以氣態形式伴隨陰極尾氣一同排入大氣，但在電池啟停過程中溫度較低，液態水不足以汽化致使電池產生的水不能及時排出導致電池性能下降。
技術實現思路
本專利技術目的是為了解決高溫質子交換膜燃料電池系統在啟停過程中生成的水難以排出而導致水淹的問題，提出了一種有效除水方法。本專利技術采用以下具體方式來實現：一種高溫燃料電池電堆，包括二個端板和置于二個端板間的單體電池，所述單體電池包括雙極板和膜電極，于所述端板靠近單體電池的內側表面和/或所述雙極板兩側表面涂覆有分子篩涂層。于所述電堆陰極出口管路內表面涂覆有分子篩涂層。于所述端板靠近單體電池的內側流道表面和/或所述雙極板兩側流道表面涂覆有分子篩涂層。所述分子篩為低溫吸水且高溫脫水材料。所述分子篩為3A、4A、5A、10X、13X中的一種或兩種以上的混合物。所述分子篩涂層為分子篩膜。所述分子篩涂層的厚度為0.001-10mm。根據本專利技術設計，可以有效解決高溫質子交換膜燃料電池啟停過程中由于水不能及時排出而導致的電池性能下降的問題。提高了電池運行過程中的穩定性，使電池壽命得以提升。解決了電池運行過程中由于生成的水不能及時排除而導致的水淹現象，使膜電極中催化劑載體和貴金屬催化劑以及擴散層等材料的腐蝕得以減輕，使膜電極穩定性得到提高。本專利技術所述除水方法結構簡單，能夠在不加外部設施的條件下進行有效除水。附圖說明圖1為雙極板流道分布及分子篩涂層分布圖；1、端板；2、分子篩涂層；3、陽極催化層；4、質子交換膜；5、陰極催化層；6、雙極板圖2為高溫燃料電池電堆裝配圖；圖3為膜電極裝配MEA圖。具體實施方式下面參照附圖等來說明本專利技術的具體實施方式。具體實施方式包括：端板1，用于流體分配與集流；分子篩涂層2，在電池啟停過程中除水；陽極催化層3，催化燃料的氧化反應；質子交換膜4，傳輸質子，隔絕陰陽極反應物；陰極催化層5，催化氧氣的還原反應；雙極板6，陰陽極反應物的流體分配。工作原理：分子篩涂層2涂覆于端板1和雙極板6的流道上，陽極催化層3、質子交換膜4與陰極催化層5共同組成膜電極裝配MEA，MEA組裝與端板與雙極板以及雙極板之間。高溫質子交換膜燃料電池使用的是PBI膜，其質子傳輸不依靠水的作用，因而其可在相對濕度較低的情況下使用，本實施方法將分子篩涂覆到端板與雙極板的流道內以及在電池尾排口進行分子篩的涂覆從而達到啟停過程除水的目的。該分子篩須具有以下功能：在溫度較低時(低于120℃)具有吸附水的作用，在溫度較高時(高于150℃)能夠將低溫時吸附的水進行脫附。在高溫燃料電池電堆啟停過程中，由于溫度較低，電池放電產生的水不能以氣態的形式及時排出而滯留在電池內部，導致高溫燃料電池電堆發生水淹從而使高溫燃料電池電堆性能衰減。若在流道上涂覆具有吸水性能的分子篩涂層，通過流道上涂覆的吸水分子篩將放電過程中產生的水吸附在分子篩內部，可有效避免水淹現象的發生。當高溫燃料電池電堆運行到正常運行溫度時，此時生成的水以氣態形式隨同尾氣一同排出。由于高溫燃料電池電堆正常運行溫度較高，因而可使分子篩將低溫時吸附的水脫附出去，變為氣態水隨同尾氣一同排出。實施方式一：該實施方式將20節單池置于兩個端板之間組成高溫燃料電池電堆，于端板靠近單體電池的內側表面和雙極板兩側表面涂覆有3A分子篩涂層，該分子篩膜的厚度為0.005mm。通過該方式組裝的高溫燃料電池電堆在持續啟停100次后未發現明顯的電池性能的下降，而為涂覆該分子篩膜的高溫燃料電池電堆在與上述高溫燃料電池電堆在相同條件下啟停73次之后出現明顯的由于水淹而導致的電池性能的下降。通過兩種方式的對比發現，上述方式可有效改善高溫燃料電池電堆在啟停過程中導致的水淹現象。實施方式二：該實施方式將20節單池置于兩個端板之間組成高溫燃料電池電堆，于端板靠近單體電池的內側表面和雙極板兩側表面涂覆有5A分子篩涂層，該分子篩膜的厚度為0.01mm。通過該方式組裝的高溫燃料電池電堆在持續啟停100次后未發現明顯的電池性能的下降，而為涂覆該分子篩膜的高溫燃料電池電堆在與上述高溫燃料電池電堆在相同條件下啟停73次之后出現明顯的由于水淹而導致的電池性能的下降。通過兩種方式的對比發現，上述方式可有效改善高溫燃料電池電堆在啟停過程中導致的水淹現象。本實施方式所述燃料電池除濕系統可以在高溫燃料電池電堆啟停階段將電池內生成的水進行有效吸附，避免了水淹現象的發生。在高溫燃料電池電堆溫度較高時，分子篩內吸附的水可進行脫附，從而保證了分子篩的循環使用，使分子篩在流道內進行涂覆的方法得以實現。該系統還在電池的尾排口處涂覆有該分子篩，其主要作用是保證電池在非運行狀態時的干燥。由于各地空氣在不同季節具有不同的濕度，高溫燃料電池電堆在非運行狀態時其尾排口始終與大氣保持連通狀態，這也意味著空氣中的水可隨同空氣進入電池內部，嚴重時會導致電池內部一些器件的腐蝕。在尾排口處放置吸水分子篩主要是為了吸附空氣中含有的水，避免空氣中的水進入電池內部對電池進行腐蝕。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高溫燃料電池電堆，包括二個端板和置于二個端板間的單體電池，所述單體電池包括1個膜電極或2個以上由雙極板間隔的膜電極，其特征在于：于所述端板靠近單體電池的內側表面和/或所述雙極板兩側表面涂覆有分子篩涂層。

【技術特征摘要】
1.一種高溫燃料電池電堆，包括二個端板和置于二個端板間的單體電池，所述單體電池包括1個膜電極或2個以上由雙極板間隔的膜電極，其特征在于：于所述端板靠近單體電池的內側表面和/或所述雙極板兩側表面涂覆有分子篩涂層。2.如權利要求1所述高溫燃料電池電堆，其特征在于：于所述電堆陰極出口管路內表面涂覆有分子篩涂層。3.如權利要求1所述高溫燃料電池電堆，其特征在于：于所述端板靠近單體電池的內側流道表面和/或所述雙極板兩側...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫公權，孫雪敬，楊林林，孫海，戚甫來，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21