专利名称：列管式质子交换膜燃料电池的制作方法
技术领域：
本实用新型属燃料电池领域。
近年来，汽车引起的排气污染与噪声问题，已成为现代城市交通中的“公害”，电动汽车具有无排气污染，洁净，能量转化高的优点，受到世界各国的普遍关注，因而电动汽车的动力电源的研究、开发是科技人员迫切需要解决的课题。质子交换膜燃料电池是提供电动汽车电源是最佳选择之一。
目前国内、国际文献如加拿大巴拉德(BALLARD)公司报导的质子交换膜燃料电池均为平板式，其结构示意如图1所示，它是由不锈钢护板101，石墨气体分布板102，集流板103和氧电极板104，氢电极板106及质子交换膜105组成。质子交换膜105和氧电极板104、氢电极板106的组合件放在两侧矩形气体分布板102之间，分布板102下部有槽以便液体或气体流经电极表面，进出料孔安置在石墨气体分布板102上，最外部为不锈钢护板101。不锈钢护板101与石墨块一致，用螺栓固定在一起，以便密封并防止电极和流动区的其他部分有电接触。每个质子交换膜燃料电池单元一般输出0.6伏的直流电，为了输出较高电压，电流，需将多个质子交换膜燃料电池单元联成电池。
上述平板式交换膜燃料电池存在以下缺陷(1)进入电池的气体分布不均匀，每个电池单元需要采用昂贵的气体分布板，造成电池成本高。(2)电池中发生的电化学反应生成的热和水不易排出。(3)上述电池密封困难。
由于以上缺陷，造成平板式质子交换膜燃料电池价格昂贵，不易推广。
本实用新型的目的是提出一种以多个管式质子交换膜燃料电池单元构成的价格低、密封好的列管式质子交换膜燃料电池。
本实用新型的装配示意图如图2所示。其B-B剖面图如图3所示。本实用新型主要由圆筒形壳体15，管式质子交换膜燃料电池单元11和电极8和电极9构成，壳体15前端有氧气(或空气)入口7，后端装有氧气(或空气)出口13；其上方装有氢气(或燃料气)入口12，下方装有氢气(或燃料气)出口14。相同长度的管式质子交换膜燃料电池单元的两端分别均匀地固定在壳体15前、后两端的档板17上，档板17密封固定在壳体15上，档板17上还绝缘地装有管式质子交换膜燃料电池单元的电极10，16为电池的联接法兰。
以下结合附图描述本实用新型的工作过程当氧气(或空气)由入口7进入本实用新型壳体15内，分别进入每个管式质子交换膜燃料电池单元11的管内，而氧气(或燃料气)则由壳体15的入口12进入本实用新型壳体15内，由于档板17的密封作用，氧气和氢气不会短路相混合，而只能流经管式质子交换膜燃料电池单元发生电化学反应而产生电子，将每个管式质子交换膜燃料电池单元11的电极10按所需要求联接起来，最后与本实用新型的电极8和9相联，则在向本实用新型通过氧气和氢气入口不断输入氧气和氢气时，即可从电极8和9提供出所需的电压和电流。
在本实用新型壳体内放置的上述的管式质子交换膜燃料电池单元的结构示意图见图4，其A-A剖面图见图5。其中1为多孔管作支撑管，从多孔管外层由内向外依次为内集电层2，氧电极层3，聚合物制成的质子交换膜4，氢电极层5，外集电层6，所述的集电层2和6均由导电体构成的。上述多孔管是由多孔金属和多孔塑料材料中任选一种。
下面再结合附图描述本实用新型在工作时。安装在本实用新型壳体15内的管式质了交换膜燃料电池单元的工作状态当氧气(或空气)从入口7流入壳体内时，氧气(或空气)流经每个管式质子交换膜燃料电池单元的管内，氢气从壳体15的氢气入口12进入壳体内，但在管式质子交换膜燃料电池单元管的外部，使氢气压力大于氧气(或空气)的压力，从而使氢气与氢电极层5接触，在电极催化剂的作用下生成氢离子(质子)，再经质子交换膜4到达氧电极层3与其上的氧离子化合生成水，与此同时就有电子在两个电极层之间电路流过，从而产生了直流电。当不断地供给本实用新型氧气(或空气)和氢气(燃料气)，每个管式质子交换膜燃料电池单元则不断地通过集电层输出电流、电压。多个管式质子交换膜燃料电池单元的电极10并联或串联起来，最后与本实用型的电极8和电极9相联，则本实用新型源源不断地向外循环负载电路输送电流和电压。
图1为现有技术平板式质子交换膜燃料电池结构示意图。
图2为本实用新型装配示意图。
图3为本实用新型图2B-B剖面图。
图4为管式质子交换膜燃料电池单元结构示意图。
图5为管式质了交换膜燃料电池单元图4A-A剖面图。
本实用新型的优点(1)结构简单，密封容易。(2)构成本实用新型的主要部分的管式质子交换膜燃料电池单元中省去了气体分布板，使得成本下降。(3)本实用新型气体分布均匀。总之，本实用新型结构简单，成本低，效率高，易于推广应用。实施例本实用新型的一个实施例是以外径为160毫米，壁厚为5毫米，长为400毫米的不锈钢圆筒形壳体，其内部装配22个串联起来的管式质子交换膜燃料电池单元，上述管式质子交换膜燃料电池单元是由10毫米外径，长300毫米烧结不锈钢管为中心支撑管，内集电层为镀银铜丝网，氧电极层为乙炔炭黑和铂催化剂压制而成，Nafion-117为质子交换膜，以炭黑和微粒铂压制成氢电极层，最外层的外集电层也为镀银铜丝网。
本实用新型通过氧气入口输入氧气，压力为1气压，通过氢气入口输入氢气，压力为3个大气压，则该实用新型向外输出15伏，56安培的电流，功率为840瓦。该实用新型总体积为8升，与平板式质子交换膜燃料电池相比较，省去了气体分布板和40多对气体进出口接头，其成本降低了一半。
权利要求1.一种列管式质子交换膜燃料电池，由外壳、质子交换膜燃料电池单元和电池电极组成，其特征在于所述的外壳为圆筒形壳体15，所述的质子交换膜电池单元为管式质子交换膜燃料电池单元11，上述长度相同的管式质子交换膜燃料电池单元11均匀固定安装在壳体15前、后两端的档板17上，档板17密封地固定在壳体15上，档板17上绝缘地装有上述管式质子交换膜燃料电池单元的电极10，上述电极10并联或串联后最终与所述的电池电极8和9相联，上述壳体15的前、后端分别设有氧气(或空气)入口7和出口13，上、下方分别设有氢气(或燃料气)入口12和出口14。
2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于所述的管式质子交换膜燃料电池单元为一园管式多层结构，中心支撑管为多孔管1，由内向外依次为内集电层2，氧电极层3，聚合物制成的质子交换膜4，氢电极层5和外集电层6，上述的集电层均由导电体构成。
3.如权利要求2所述的电池，其特征在于所述的多孔管由多孔金属和多孔塑料中任何一种制成。
专利摘要一种列管式质子交换膜燃料电池,属于燃料电池领域,其特征在于由圆筒形壳体,管式质子交换膜燃料电池单元和电极构成,管式质子交换膜燃料电池单元均匀地排列在壳体内。本实用新型结构简单,密封性能好,成本低。
文档编号H01M8/22GK2298604SQ97201080
公开日1998年11月25日 申请日期1997年1月31日 优先权日1997年1月31日
发明者毛宗强, 阎军, 何向明 申请人:清华大学