一种高温燃料电池电堆的制作方法

本发明涉及燃料电池技术领域，具体的说涉及一种高温燃料电池电堆。

背景技术：

燃料电池是一种通过化学反应将储存在化合物燃料中的化学能直接转化为电能的装置。质子交换膜燃料电池通常由阳极、阴极及质子交换膜组成。在电池运行过程中，燃料在阳极催化剂表面发生氧化反应生成质子和电子，质子通过质子交换膜到达阴极，氧气在阴极催化剂表面与质子发生还原反应生成水，电子则通过外电路做功到达阴极。

质子交换膜燃料电池放电过程会产生大量的水，高温质子交换膜燃料电池由于运行温度较高，水以气态形式伴随阴极尾气一同排入大气，但在电池启停过程中温度较低，液态水不足以汽化致使电池产生的水不能及时排出导致电池性能下降。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决高温质子交换膜燃料电池系统在启停过程中生成的水难以排出而导致水淹的问题，提出了一种有效除水方法。

本发明采用以下具体方式来实现：

一种高温燃料电池电堆，包括二个端板和置于二个端板间的单体电池，所述单体电池包括双极板和膜电极，于所述端板靠近单体电池的内侧表面和/或所述双极板两侧表面涂覆有分子筛涂层。

于所述电堆阴极出口管路内表面涂覆有分子筛涂层。

于所述端板靠近单体电池的内侧流道表面和/或所述双极板两侧流道表面涂覆有分子筛涂层。

所述分子筛为低温吸水且高温脱水材料。

所述分子筛为3A、4A、5A、10X、13X中的一种或两种以上的混合物。

所述分子筛涂层为分子筛膜。

所述分子筛涂层的厚度为0.001-10mm。

根据本发明设计，可以有效解决高温质子交换膜燃料电池启停过程中由于水不能及时排出而导致的电池性能下降的问题。提高了电池运行过程中的稳定性，使电池寿命得以提升。解决了电池运行过程中由于生成的水不能及时排除而导致的水淹现象，使膜电极中催化剂载体和贵金属催化剂以及扩散层等材料的腐蚀得以减轻，使膜电极稳定性得到提高。本发明所述除水方法结构简单，能够在不加外部设施的条件下进行有效除水。

附图说明

图1为双极板流道分布及分子筛涂层分布图；

1、端板；2、分子筛涂层；3、阳极催化层；4、质子交换膜；5、阴极催化层；6、双极板

图2为高温燃料电池电堆装配图；

图3为膜电极装配MEA图。

具体实施方式

下面参照附图等来说明本发明的具体实施方式。

具体实施方式包括：

端板1，用于流体分配与集流；分子筛涂层2，在电池启停过程中除水；阳极催化层3，催化燃料的氧化反应；质子交换膜4，传输质子，隔绝阴阳极反应物；阴极催化层5，催化氧气的还原反应；双极板6，阴阳极反应物的流体分配。工作原理：

分子筛涂层2涂覆于端板1和双极板6的流道上，阳极催化层3、质子交换膜4与阴极催化层5共同组成膜电极装配MEA，MEA组装与端板与双极板以及双极板之间。

高温质子交换膜燃料电池使用的是PBI膜，其质子传输不依靠水的作用，因而其可在相对湿度较低的情况下使用，本实施方法将分子筛涂覆到端板与双极板的流道内以及在电池尾排口进行分子筛的涂覆从而达到启停过程除水的目的。该分子筛须具有以下功能：在温度较低时(低于120℃)具有吸附水的作用，在温度较高时(高于150℃)能够将低温时吸附的水进行脱附。

在高温燃料电池电堆启停过程中，由于温度较低，电池放电产生的水不能以气态的形式及时排出而滞留在电池内部，导致高温燃料电池电堆发生水淹从而使高温燃料电池电堆性能衰减。若在流道上涂覆具有吸水性能的分子筛涂层，通过流道上涂覆的吸水分子筛将放电过程中产生的水吸附在分子筛内部，可有效避免水淹现象的发生。当高温燃料电池电堆运行到正常运行温度时，此时生成的水以气态形式随同尾气一同排出。由于高温燃料电池电堆正常运行温度较高，因而可使分子筛将低温时吸附的水脱附出去，变为气态水随同尾气一同排出。

实施方式一：该实施方式将20节单池置于两个端板之间组成高温燃料电池电堆，于端板靠近单体电池的内侧表面和双极板两侧表面涂覆有3A分子筛涂层，该分子筛膜的厚度为0.005mm。

通过该方式组装的高温燃料电池电堆在持续启停100次后未发现明显的电池性能的下降，而为涂覆该分子筛膜的高温燃料电池电堆在与上述高温燃料电池电堆在相同条件下启停73次之后出现明显的由于水淹而导致的电池性能的下降。通过两种方式的对比发现，上述方式可有效改善高温燃料电池电堆在启停过程中导致的水淹现象。

实施方式二：该实施方式将20节单池置于两个端板之间组成高温燃料电池电堆，于端板靠近单体电池的内侧表面和双极板两侧表面涂覆有5A分子筛涂层，该分子筛膜的厚度为0.01mm。

通过该方式组装的高温燃料电池电堆在持续启停100次后未发现明显的电池性能的下降，而为涂覆该分子筛膜的高温燃料电池电堆在与上述高温燃料电池电堆在相同条件下启停73次之后出现明显的由于水淹而导致的电池性能的下降。通过两种方式的对比发现，上述方式可有效改善高温燃料电池电堆在启停过程中导致的水淹现象。

本实施方式所述燃料电池除湿系统可以在高温燃料电池电堆启停阶段将电池内生成的水进行有效吸附，避免了水淹现象的发生。在高温燃料电池电堆温度较高时，分子筛内吸附的水可进行脱附，从而保证了分子筛的循环使用，使分子筛在流道内进行涂覆的方法得以实现。该系统还在电池的尾排口处涂覆有该分子筛，其主要作用是保证电池在非运行状态时的干燥。由于各地空气在不同季节具有不同的湿度，高温燃料电池电堆在非运行状态时其尾排口始终与大气保持连通状态，这也意味着空气中的水可随同空气进入电池内部，严重时会导致电池内部一些器件的腐蚀。在尾排口处放置吸水分子筛主要是为了吸附空气中含有的水，避免空气中的水进入电池内部对电池进行腐蚀。