專利名稱：管狀質(zhì)子交換膜燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種燃料電池，具體是管狀質(zhì)子交換膜燃料電池。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池具有潔凈，低噪音，操作溫度低，電流密度大，能量轉(zhuǎn)化高等優(yōu)點，可以作為電動自行車，摩托車，汽車等交通工具的替代能源，也可以作為通訊設(shè)備的能源以及分散電站等。質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極是由碳紙或碳布、催化劑、質(zhì)子交換膜組成，碳紙或碳布作為涂敷催化劑，反應(yīng)物、產(chǎn)物進(jìn)出和電子轉(zhuǎn)移的場所。由于碳紙和碳布的電導(dǎo)率低，需要增加第一導(dǎo)體材料與碳紙和碳布的接觸面積，減少極化電壓降，所以質(zhì)子交換膜燃料電池主要采用的都是平板型，采用平板型的電堆只能采用雙極板進(jìn)行串聯(lián)，根據(jù)功率的需要，改變電池的外形尺寸和串聯(lián)電池的數(shù)目。但平板電池存在一下缺點(1)電池的功率質(zhì)量比低，雙極板和用于緊固的聯(lián)接螺桿和兩側(cè)金屬板的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于膜電極的質(zhì)量。(2)雙極板在電化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境氣氛中，存在嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，尤其在陰極一側(cè)?，F(xiàn)在主要采用石墨或鍍金的不銹鋼雙極板。雙極板的價格昂貴，難于商業(yè)化。(3)密封性差，尤其是組裝成電堆時，要考慮到每一個單電池與雙極板的密封應(yīng)力要均勻一致，在操作過程中由于密封墊圈的老化和應(yīng)力的改變，經(jīng)常會發(fā)生氣體的泄漏。(4)氣體分布均勻性差，為了減少極化，就要使雙極板與碳紙和碳布的接觸良好，這就使得氣體的流速在流道中心最大，其他地方呈梯度下降。因此，平板型燃料電池的造價昂貴，穩(wěn)定性差，壽命低，商業(yè)推廣難。
也有少量小功率管狀質(zhì)子交換膜燃料電池的報道，膜電極的封接采用膠粘劑膠結(jié)，管子內(nèi)部采用多孔管作為支撐。因為極化的原因，膜電極和電堆的尺寸受到約束，不能做大功率的電堆?，F(xiàn)今管狀質(zhì)子交換膜燃料電池的缺點(1)穩(wěn)定性差，采用膠粘劑膠結(jié)，由于兩側(cè)流體壓力波動和壓差變化，使得膠粘劑的粘接性能下降，造成流體相互泄漏；(2)極化嚴(yán)重，由于碳紙或碳布的電導(dǎo)率低，當(dāng)它們與金屬導(dǎo)體接觸面積小時，電化學(xué)極化嚴(yán)重。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能克服上述缺陷、避免流體相互泄漏、易于密封、工作性能優(yōu)良的管狀質(zhì)子交換膜燃料電池。其技術(shù)方案為包括殼體、膜電極、支撐導(dǎo)電體和內(nèi)、外固定環(huán)，其中支撐導(dǎo)電體分別附著固定在膜電極的內(nèi)、外兩側(cè)并引出導(dǎo)線，內(nèi)固定環(huán)封裝固定于內(nèi)側(cè)支撐導(dǎo)電體的兩端部與膜電極構(gòu)成腔體，外固定環(huán)封裝固定于外側(cè)支撐導(dǎo)電體與殼體的兩端部構(gòu)成腔體，其特征在于支撐導(dǎo)電體采用耐腐蝕導(dǎo)電彈簧，分別附著固定在膜電極的內(nèi)側(cè)和套裝在膜電極的外側(cè)，膜電極為復(fù)合的層狀結(jié)構(gòu)，陽極、質(zhì)子交換膜、陰極依次錯位彎曲，同種材料對接，熱壓復(fù)合成自密封管式膜電極。
所述的管狀質(zhì)子交換膜燃料電池，陽極、陰極為涂有催化劑的碳紙或碳布。
所述的管狀質(zhì)子交換膜燃料電池，位于膜電極兩端部的內(nèi)固定環(huán)上對應(yīng)設(shè)有燃料進(jìn)口和燃料出口，在殼體的上、下端設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口和出氣口分居管狀電池中心軸的兩側(cè)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，用于支撐膜電極和收集電流的耐腐蝕導(dǎo)電彈簧韌性穩(wěn)定、抗蠕變能力強，所以當(dāng)兩側(cè)流體壓力波動或有壓差變化時，能阻止膜電極變形，避免流體相互泄漏，膜電極采用陽極、質(zhì)子交換膜、陰極依次錯位彎曲、同種材料對接熱壓復(fù)合成型，易于密封，提高電堆的質(zhì)量功率密度，降低電堆的制造成本，可以采用并聯(lián)方式，解決了大尺寸管式電池或電堆的極化問題，工作性能優(yōu)良。


圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示實施例的A-A剖面圖；圖3是本實用新型實施例中膜電極的展開圖。
具體實施方式
1、殼體 2、陽極 3、質(zhì)子交換膜 4、陰極 5、支撐導(dǎo)電體 6、固定環(huán) 7、導(dǎo)線 8、燃料進(jìn)口 9、燃料出口 10、進(jìn)氣口 11、出氣口膜電極為層狀結(jié)構(gòu)，陽極2、陰極4為涂有催化劑的碳紙或碳布，把陽極2、質(zhì)子交換膜3、陰極4依次錯位彎曲，同種材料對接，熱壓復(fù)合成自密封管式膜電極，用于支撐膜電極和收集電流的支撐導(dǎo)電體5采用耐腐蝕導(dǎo)電彈簧，分別附著固定在膜電極的內(nèi)、外兩側(cè)并引出導(dǎo)線7，內(nèi)固定環(huán)6封裝固定于內(nèi)側(cè)支撐導(dǎo)電體5的兩端部與膜電極構(gòu)成腔體，兩內(nèi)固定環(huán)6上對應(yīng)設(shè)有燃料進(jìn)口8和燃料出口9，外固定環(huán)6封裝固定于外側(cè)支撐導(dǎo)電體5與殼體1的兩端部構(gòu)成腔體，在殼體1的上、下端設(shè)有進(jìn)氣口10和出氣口11，進(jìn)氣口10和出氣口11分居管狀電池中心軸的兩側(cè)。
權(quán)利要求1.一種管狀質(zhì)子交換膜燃料電池，包括殼體(1)、膜電極、支撐導(dǎo)電體(5)和內(nèi)、外固定環(huán)(6)，其中支撐導(dǎo)電體(5)分別附著固定在膜電極的內(nèi)、外兩側(cè)并引出導(dǎo)線(7)，內(nèi)固定環(huán)(6)封裝固定于內(nèi)側(cè)支撐導(dǎo)電體(5)的兩端部與膜電極構(gòu)成腔體，外固定環(huán)(6)封裝固定于外側(cè)支撐導(dǎo)電體(5)與殼體(1)的兩端部構(gòu)成腔體，其特征在于支撐導(dǎo)電體(5)采用耐腐蝕導(dǎo)電彈簧，分別附著固定在膜電極的內(nèi)側(cè)和套裝在膜電極的外側(cè)，膜電極為復(fù)合的層狀結(jié)構(gòu)，陽極(2)、質(zhì)子交換膜(3)、陰極(4)依次錯位彎曲，同種材料對接，熱壓復(fù)合成自密封管式膜電極。
2.如權(quán)利要求1所述的管狀質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于陽極(2)、陰極(4)為涂有催化劑的碳紙或碳布。
3.如權(quán)利要求1所述的管狀質(zhì)子交換膜燃料電池，其特征在于位于膜電極兩端部的內(nèi)固定環(huán)(6)上對應(yīng)設(shè)有燃料進(jìn)口(8)和燃料出口(9)，在殼體(1)的上、下端設(shè)有進(jìn)氣口(11)和出氣口(12)，進(jìn)氣口(11)和出氣口(12)分居管狀電池中心軸的兩側(cè)。
專利摘要本實用新型提供一種管狀質(zhì)子交換膜燃料電池，包括殼體、膜電極、支撐導(dǎo)電體和內(nèi)、外固定環(huán)，其中支撐導(dǎo)電體分別附著固定在膜電極的內(nèi)、外兩側(cè)并引出導(dǎo)線，內(nèi)固定環(huán)封裝固定于內(nèi)側(cè)支撐導(dǎo)電體的兩端部與膜電極構(gòu)成腔體，外固定環(huán)封裝固定于外側(cè)支撐導(dǎo)電體與殼體的兩端部構(gòu)成腔體，其特征為支撐導(dǎo)電體采用耐腐蝕導(dǎo)電彈簧，分別附著固定在膜電極的內(nèi)側(cè)和套裝在膜電極的外側(cè)，作為支撐與導(dǎo)電材料，能阻止膜電極因變形而破壞，避免流體相互泄漏。膜電極為復(fù)合的層狀結(jié)構(gòu)，陽極、質(zhì)子交換膜、陰極依次錯位彎曲，同種材料對接，熱壓復(fù)合成自密封管式膜電極，易于密封，電池的功率質(zhì)量比高，連接方式靈活，可以串聯(lián)或并聯(lián)，工作性能優(yōu)良。
文檔編號H01M8/10GK2613060SQ0327133
公開日2004年4月21日 申請日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者于如軍, 劉秀清, 王捷, 李中芳 申請人:山東理工大學(xué)