专利名称：燃料电池的发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池，特别是涉及一种燃料电池的发电装置。
背景技术：
燃料电池是一种将燃料所储存的的能量直接转换成电能的装置。燃料电池一般包括一对相向设置的多孔的阳极(ANODE)和阴极(CATHODE)，阳极与阴极之间填充有高分子电解质，高分子电解质分别与其两侧的阳极和阴极紧密接触。燃料电池的工作原理是在阳极(又称氧化电极或者燃料电极)上产生燃料(一般为氢气)并使其发生氧化反应，而在阴极(又称还原电极或者空气电极)上发生还原反应，在此过程中电子移动产生电能。
上述燃料电池内所利用的氢气是LNG、LPG、CH3OH等碳氢化合物燃料在改质装置中通过脱黄工序、改质反应工序、氢气分离工序等工序产生的，产生的氢气以气态形式直接使用。
在有些燃料电池中，是将固态的BH4-做成水溶液以BFC方式直接用作燃料。这种BFC方式的燃料电池不使用改质装置，而是直接向集成发电装置的两极提供水溶液状态的BH4-，在电极上产生改质反应，因而简化了整个燃料电池的结构。
下面参照图1和图2对已有的BFC方式的燃料电池进行简要说明如图1和图2所示，已有的BFC方式的燃料电池1的整体结构如下在产生电能的发电装置10的一侧设置有燃料舱2，所述的燃料舱2与发电装置10的两极之间由燃料供给管线3和燃料回收管线4相连接，所述的燃料供给管线3上设置有用来抽吸燃料的燃料泵5。
所述的发电装置10的阴极的两端分别连接有空气供给管线6和空气排出管线7，在空气供给管线6上设置有用来抽吸空气的空气泵8。
所述的发电装置10可以是单一电池结构，也可以是若干个单一电池组成的积层电池。以单一电池结构为例，所述的发电装置10的结构如下在电解质薄膜21的两侧分别设置有阳极22与阴极23一体成型的薄膜电极组件24；分别紧密附着在薄膜电极组件24的两侧的电极分离板25；两个电极分离板25的内侧分别形成有若干个能够使燃料气体以及含氧气体在阳极22和阴极23中流动气体流路31；两个电极分离板25的外侧分别设置有的集电板26，集电板26分别用作阳极22和阴极23的集电极。
上述已有的BFC方式的燃料电池1的工作原理是将燃料电池接入电路并接通开关之后，燃料泵5开始抽吸储藏在燃料舱2中的燃料，并通过燃料供给管线3将抽吸出来的燃料输送给发电装置10的阳极22(燃料电极)，与此同时启动空气泵8，通过空气供给管线6将空气输送给发电装置10的阴极23(空气电极)。输送给发电装置10的燃料和空气在发电装置10位于高分子电解质薄膜21两侧的阳极22和阴极23中流动，并在阳极22上发生氢气的电化学氧化反应，在阴极23上发生氧气的电化学还原反应。在此过程中，由于电子的移动产生电流，使得两个集电板26之间产生电压。
上述过程的反应方程式分别为阳极E0＝1.24V阴极E0＝0.4V
总体E0＝1.64V为了使BH4-形成稳定的溶液，在溶液中加入了一定量的钠(Na)，因而在阳极22上会发生一种副化学反应
上述副反应生成的氢气将以气态形式大量附着在电解质薄膜21和阳极22之间，阻碍燃料与空气之间顺利地发生电化学反应，最终导致发电装置10的发电性能下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服已有的BFC方式的燃料电池在发电装置的阳极与电解质薄膜之间聚集氢气，因而导致发电装置发电性能下降的缺点，提供一种能够防止燃料在阳极发生副反应、防止氢气在电解质薄膜与阳极之间聚集的具有良好发电性能的燃料电池的发电装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是本发明燃料电池的发电装置包括电解质薄膜、阳极、阴极、阳极分离板、阴极分离板和集电板；所述的阳极和阴极分别设置在电解质薄膜的两侧，阳极、电解质薄膜和阴极组成薄膜电极组件；所述的阳极分离板和阴极分离板分别设置在阳极与阴极的外侧；所述的两个集电板分别设置在阳极分离板和阴极分离板的外侧；所述的阴极与电解质薄膜紧密接触，所述的阳极与电解质薄膜之间保持一定距离；所述的阴极与阴极分离板之间间隔均匀地设置有若干个阴极气体流路；所述的阳极与电解质薄膜之间间隔均匀地设置有若干个阳极液体流路。
所述的阳极分离板的结构是其板状本体的内侧面形成有一定的深度的凹槽，阳极设置在该凹槽的底部；阳极与电解质薄膜之间间隔均匀地设置有若干个分离台，这些分离台之间的间隔形成若干个阳极液体流路。
所述的电解质薄膜是用高分子材料制成的离子交换薄膜，例如杜帮公司生成的Nafion薄膜。其作用是在允许氢离子穿过薄膜的同时防止氧气与氢气接触。
所述的阳极和阴极由多孔性碳纸或者碳布制成的。
所述的阳极分离板和阴极分离板是由高密度碳素板制成的。
所述的集电板106是由导电性好、耐腐蚀性强并且不吸收氢气的铜等金属材料制成的。
本发明的有益效果是可有效地防止副反应所产生的氢气附着在电解质薄膜，从而避免了燃料电池发电性能下降的问题。
图1为现有的燃料电池的结构示意图；图2为已有的BFC方式燃料电池的发电装置的剖视结构示意图；图3为本发明燃料电池的发电装置具体实施方式
的剖视结构示意图；图4为本发明燃料电池的发电装置与已有的BFC方式燃料电池的发电性能对照图。
图中101电解质薄膜 102阳极103阴极104薄膜电极组件105阳极分离板 105′阴极分离板
106集电板 107阳极液体流路107′阴极气体流路 111本体115分离台具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明如图3所示，本发明燃料电池的发电装置100包括电解质薄膜101、阳极102、阴极103、阳极分离板105、阴极分离板105′和集电板10；所述的阳极102和阴极103分别设置在电解质薄膜101的两侧，阳极102、电解质薄膜101和阴极103组成薄膜电极组件104；所述的阳极分离板105和阴极分离板105′分别设置在阳极102与阴极103的外侧；所述的两个集电板10分别设置在阳极分离板105和阴极分离板105′的外侧；所述的阴极103与电解质薄膜101紧密接触，所述的阳极102与电解质薄膜101之间保持一定距离；所述的阴极103与阴极分离板105′之间间隔均匀地设置有若干个阴极气体流路107′；所述的阳极102与电解质薄膜101之间间隔均匀地设置有若干个阳极液体流路107。
所述的阳极分离板105的结构是其板状本体111的内侧面形成有一定的深度的凹槽，阳极102设置在该凹槽的底部；阳极102与电解质薄膜101之间间隔均匀地设置有若干个分离台115，这些分离台115之间的间隔形成若干个阳极液体流路107。
所述的电解质薄膜101是用高分子材料制成的离子交换薄膜，例如杜帮公司生成的Nafion薄膜。其作用是在允许氢离子穿过薄膜的同时防止氧气与氢气接触。
所述的阳极102和阴极103由多孔性碳纸或者碳布制成的。
所述的阳极分离板105和阴极分离板105′是由高密度碳素板制成的。
所述的集电板106是由导电性好、耐腐蚀性强并且不吸收氢气的铜等金属材料制成的。
本发明燃料电池的发电装置的工作原理是将燃料电池工作时，在阳极液体流路107中提供有水溶液状态的BH4-，而在阴极气体流路107中提供有空气。阳极液体流路107中的水溶液状态的BH4-和阴极气体流路107中的空气被电解质膜107分隔开来，水溶液状态的BH4-扩散到阳极102的全部表面，发生氢气的电化学氧化反应；而空气扩散到阴极103的全部表面，发生氧气的电化学还原反应。在此过程中产生电子移动，从而使两个集电板106上逐渐聚集电荷，两个集电板106之间形成可向外输出的电压。
本发明燃料电池的发电装置的优点是，当水溶液状态的BH4-在阳极102中发生电化学氧化反应时，水溶液状态的BH4-中的添加剂Na同时发生副反应，产生氢气。但是由于阳极102与电解质薄膜101之间具有一定距离，所产生的氢气与水溶液状态的BH4-一起沿阳极液体流路107从排出口排出，从而防止了氢气附着在电解质薄膜101的表面，避免了燃料电池发电性能下降的问题。
图4为本发明燃料电池的发电装置与已有的BFC方式燃料电池的发电性能对照图。从图4中可以看出，本发明燃料电池的发电装置的发电性能比已有的BFC方式燃料电池的发电性能要好的多。
权利要求
1.一种燃料电池的发电装置，包括电解质薄膜、阳极、阴极、阳极分离板、阴极分离板和集电板；所述的阳极和阴极分别设置在电解质薄膜的两侧，阳极、电解质薄膜和阴极组成薄膜电极组件；所述的阳极分离板和阴极分离板分别设置在阳极与阴极的外侧；所述的两个集电板分别设置在阳极分离板和阴极分离板的外侧；所述的阴极与电解质薄膜紧密接触；所述的阴极与阴极分离板之间间隔均匀地设置有若干个阴极气体流路；其特征在于，所述的阳极(102)与电解质薄膜(101)之间保持一定距离；所述的阳极(102)与电解质薄膜(101)之间间隔均匀地设置有若干个阳极液体流路(107)。
2.根据权利要求1的燃料电池的发电装置，其特征在于所述的阳极分离板(105)的结构是其板状本体(111)的内侧面形成有一定的深度的凹槽，阳极(102)设置在该凹槽的底部；阳极(102)与电解质薄膜(101)之间间隔均匀地设置有若干个分离台(115)，这些分离台(115)之间的间隔形成若干个阳极液体流路(107)。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池的发电装置，其特征在于所述的电解质薄膜(101)是用高分子材料制成的离子交换薄膜，例如杜帮公司生成的Nafion薄膜。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池的发电装置，其特征在于所述的阳极(102)和阴极(103)由多孔性碳纸或者碳布制成的。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池的发电装置，其特征在于所述的阳极分离板(105)和阴极分离板(105′)是由高密度碳素板制成的。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池的发电装置，其特征在于所述的集电板(106)是由导电性好、耐腐蚀性强并且不吸收氢气的铜等金属材料制成的。
全文摘要
本发明提供了一种燃料电池的发电装置，包括电解质薄膜、阳极、阴极、阳极分离板、阴极分离板和集电板；所述的阳极和阴极分别设置在电解质薄膜的两侧，阳极、电解质薄膜和阴极组成薄膜电极组件；所述的阳极分离板和阴极分离板分别设置在阳极与阴极的外侧；所述的两个集电板分别设置在阳极分离板和阴极分离板的外侧；所述的阴极与电解质薄膜紧密接触，所述的阳极与电解质薄膜之间保持一定距离；所述的阴极与阴极分离板之间间隔均匀地设置有若干个阴极气体流路；所述的阳极与电解质薄膜之间间隔均匀地设置有若干个阳极液体流路。其优点是防止副反应所产生的氢气附着在电解质薄膜，避免了燃料电池发电性能下降的问题。
文档编号H01M8/00GK1532971SQ0312086
公开日2004年9月29日 申请日期2003年3月25日 优先权日2003年3月25日
发明者河三喆, 赵太熙, 朴明硕, 崔洪, 金铁焕, 李明浩, 黄龙俊, 许成根, 高承兑, 河三 申请人:乐金电子(天津)电器有限公司