专利名称：燃料电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池组，尤其涉及一种能够利用太阳能的燃料电池组。
背景技术：
燃料电池是一种电化学发电装置，其将燃料及氧化剂转化为电能并产生反应产物。燃料 电池具有能量转换效率高、环境污染小、适用广、无噪音及连续工作等优点，广泛应用于军 事、国防及民用的电力、交通、通信等多种领域。
燃料电池通常可分为碱性燃料电池、固态氧化物燃料电池以及质子交换膜燃料电池等。 其中，质子交换膜燃料电池近年来发展迅速，越来越受到重视。其单体结构大体包括由阳极 、阴极和质子交换膜(Proton Exchange Membrane)组成的膜电极组(Membrane Electrode Assembly,简称MEA)。实际应用的燃料电池，通常是将多个燃料电池单体以串联方式层叠组 合成燃料电池组，以获得足够发电功率。燃料电池单体组中，相邻电池单体可共享一电极板 ，该共享的电极板被称作双极板。将双极板与膜电极组交替叠合，再经前、后端板压紧后 用螺杆紧固拴牢即组装成燃料电池组。
膜电极组是电池单元的核心部件，燃料气体(氢气或甲醇)及氧化剂(纯氧或含氧气的空 气)在此发生电化学反应，释放电子并产生水。膜电极组一般是由一张质子交换膜、分别夹 在质子交换膜的两表面的两片多孔性导电层(分别为阳极与阴极)组成。质子交换膜是由质子 传导材料制成，现有技术中有采用例如全氟磺酸型膜、聚苯乙烯磺酸型膜、聚三氟苯乙烯磺 酸型膜、酚醛树脂磺酸型膜、碳氢化合物膜、高尔膜等作为质子交换膜。多孔性导电层一般 是由导电材料制成，例如碳纸(Carbon Paper),其至少一表面具有多孔结构的衬底，并在该 多孔结构的衬底上形成有电催化层(Electrocatalyst Layer)。现有技术中，催化剂通常为 贵金属，包括铂、金、钌或其合金等。
双极板一般是由导电材料制成，例如石墨、复合碳材或金属基材。端板的材料亦为金属 基材。
目前，燃料电池中燃料的反应效率不高，尤其是甲醇燃料的反应效率更低。且双极板和 端板均为非透光材料，无法有效利用太阳能来提高燃料的分解效率。如何使燃料分解反应效 率增加是电池能否正常运转并发挥最高效能之关键因素
发明内容
3有鉴于此，有必要提供一种燃料反应效率较高的燃料电池组。
一种燃料电池组，其包括两端板； 一位于所述两端板之间的两个双极板； 一位于所述 两个双极板之间的膜电极组，所述膜电极组包括一催化剂层，所述催化剂为包括有光触媒和 贵金属的复合催化剂，所述端板与所述双极板的材料均为透光性材料。
相较于现有技术，所述的燃料电池组的催化剂层包括有光触媒成分，且所述端板与所述 双极板的材料均为透光性材料，光触媒可吸收透过所述端板与所述双极板的太阳光中的紫外 线，生成具有强氧化分解能力的氢氧自由基('OH)，从而加速燃料的分解效率。
图l是本发明实施例提供的燃料电池的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的双极板的结构示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图，对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图l，本发明实施例提供一种燃料电池组100，所述燃料电池组100包括两端板20 、 一位于所述两端板20之间的两双极板60、 一位于所述两双极板60之间的膜电极组40及一浓 度感测器80。
所述膜电极组40包括质子交换膜42以及分别位于质子交换膜42两侧的阳极44与阴极46。 阳极44与阴极46均包括一气体扩散层47及与质子交换膜42相接触的催化剂层48。所述质子交 换膜42可选自全氟磺酸型膜、聚苯乙烯磺酸型膜、聚三氟苯乙烯磺酸型膜、酚醛树脂磺酸型 膜、碳氢化合物膜等。本实施例中，选用全氟磺酸型膜。
燃料(如氢气或甲醇)先供应到阳极44，通过阳极44的气体扩散层47流到阳极44表面上的 催化剂层48并在其上发生反应，裂解成氢离子(即质子)与电子。氢离子通过质子交换膜42渗 透到阴极46表面的催化剂层48上，而电子通过外部电路流动，即可向外部负载提供电力。同 时，氧化剂气体(如空气或氧气)输送到阴极46表面的催化剂层48中，然后与电子及氢离子结 合形成水。
所述的催化剂层48采用包括有光触媒和贵金属的复合催化剂。所述复合催化剂中，光触 媒的含量占复合催化剂总重量的30%至35%，贵金属的含量占复合催化剂总重量的65%至70%。 所述光触媒可为二氧化钛(Ti02)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(Sn02) 、 二氧化锆(Zr02)或硫化镉 (CdS)。本实施例中，选用二氧化钛做为光触媒材料。所述贵金属可为铂、金、钌或其合金 。本实施例中，选用铂金属。
上述光触媒/贵金属复合催化剂可采用以下方法制造步骤一利用化学还原法制备碳纳米管负载的金属铂纳米粒子。
称取一定量的碳钠米管，用二次蒸馏水配成悬浮液， 一边搅拌一边加入一定比例的氯铂 酸(H2PtCl6)或氯铂酸钾(K2PtCl6)的酒精溶液。然后缓慢滴加过量的还原剂，如硼氢化 钠(NaBH4)、硫代硫酸钠(Na2S203)、甲醛(HCH0H)或甲酸(HC00H)。在60至100摄氏度 的条件下继续搅拌30至300分钟，得到碳纳米管负载的金属铂纳米粒子的悬浮液。
步骤二在得到的碳纳米管负载的金属铂纳米粒子中添加二氧化钛光触媒。
取质量比为12:3:1的乙二醇、甘油及全氟磺酸树脂溶液(Nafion)及适量的纳米二氧化 钛加入到上述悬浮液中，继续搅拌30至300分钟使其混合均匀。接着将悬浮液过滤，并用60 至100摄氏度的热水多次洗涤，直到固体中不含有氯离子。最后将所得到的固体粉末烘干， 即得到本发明的二氧化钛和铂的复合催化剂。
所述两端板20的材质为一可透光的塑料材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚碳酸脂或 碳本酸丙烯乙酸。
请参阅图2，所述双极板60包括一透光的塑料基体602， 一透明导电膜604形成于所述塑 料基体602上。所述透明导电膜604可通过阳极氧化、气相沉积、溅镀等表面处理工艺形成于 所述塑料基体602上。所述塑料基体602的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，所述透明导电膜 604采用氧化铟锡或氧化铝锌材料。与常规的石墨、复合碳材或金属基材等材料相比，所述 双极板60具有重量轻、体积小等优点。由于所述双极板60和所述端板20均为透光材料制成， 可充分利用太阳能加速催化剂层48的光触媒二氧化钛分解燃料的效率。可以理解的是，当以 甲醇作为燃料时，光触媒二氧化钛可直接添加到甲醇燃料中。
所述浓度感测器80为一红外型浓度感测器。由于所述端板20和双极板60均为透光材料， 可以利用光学浓度感测器非接触式的测量燃料的浓度。
相较于现有技术，所述的燃料电池组100的催化剂层48包括有光触媒成分，且所述端板 20与所述双极板60的材料均为透光性的塑料，光触媒可吸收透过所述端板20与所述双极板 60的太阳光中的紫外线，生成具有强氧化分解能力的氢氧自由基卜OH)，从而加速燃料的分 解效率。使用塑料材料同时可以满足制作轻薄型的燃料电池组100的要求。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，可以理解的是，这些依据本 发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种燃料电池组，其包括两端板；一位于所述两端板之间的两个双极板；一位于所述两个双极板之间的膜电极组，所述膜电极组包括一催化剂层，其特征在于，所述催化剂为包括有光触媒和贵金属的复合催化剂，所述端板与所述双极板的材料均为透光性材料。
2 如权利要求l所述的燃料电池组，其特征在于，所述复合催化剂 中，光触媒的含量占复合催化剂总重量的30%至35%，贵金属的含量占复合催化剂总重量的 65%至70%。
3 如权利要求l所述的燃料电池组，其特征在于，所述光触媒为二 氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆或硫化镉。
4 如权利要求l所述的燃料电池组，其特征在于，所述贵金属为铂 、金、钌或其合金。
5 如权利要求l所述的燃料电池组，其特征在于，所述端板的材料 为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸脂或碳本酸丙烯乙酸。
6 如权利要求l所述的燃料电池组，其特征在于，所述双极板进一 步包括一透光的塑料基体及一形成于所述塑料基体上的透明导电膜。
7 如权利要求6所述的燃料电池组，其特征在于，所述塑料基体的 材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
8 如权利要求6所述的燃料电池组，其特征在于，所述透明导电膜 采用氧化铟锡或氧化铝锌材料。
9 如权利要求l所述的燃料电池组，其特征在于，所述燃料电池组 进一步包括一红外型浓度感测器，用于非接触式的实时监测燃料的浓度。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池组，其包括两端板；一位于所述两端板之间的两个双极板；一位于所述两个双极板之间的膜电极组，所述膜电极组包括一催化剂层，所述催化剂为光触媒和贵金属的复合催化剂，所述端板与所述双极板的材料均为透光性材料。相较于现有技术，所述的燃料电池组的催化剂层包括有光触媒成分，且所述端板与所述双极板的材料均为透光性材料，可充分利用太阳能提高燃料的分解效率。
文档编号H01M8/24GK101621129SQ200810302489
公开日2010年1月6日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者洪新钦 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司