專利名稱：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池。
背景技術(shù)：
燃料電池是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，把燃料具有的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換電池。與傳統(tǒng)的普通電池(Battery)不同，燃料電池在不進(jìn)行充電的情況下，只要有燃料供應(yīng)，即可一直產(chǎn)生電能。燃料電池以其較高的能量效率和環(huán)境親和力，最近備受重視。
燃料電池通常以電解質(zhì)(electrolyte)為中心，在兩側(cè)安排2個(gè)電極，即正極和負(fù)極。另外，正極的外側(cè)設(shè)有正極側(cè)隔板，正極側(cè)隔板支撐上述正極，并具有可以流通燃料的通路。負(fù)極的外側(cè)設(shè)有負(fù)極側(cè)隔板，負(fù)極側(cè)隔板支撐上述負(fù)極，并具有可以流通空氣的通路。作為燃料，正極的氫氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，而作為氧化劑，負(fù)極的氧氣進(jìn)行還原反應(yīng)。進(jìn)行上述反應(yīng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電子的移動(dòng)，產(chǎn)生電能。
燃料電池可以使用液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、甲烷、通常，作為燃料使用氣態(tài)燃料。上述燃料通過(guò)燃料重整器(fuel reformer)進(jìn)行脫硫化反應(yīng)、重整(reforming)反應(yīng)，并通過(guò)氫氣精煉工序被精煉成氫氣。另外，也可以使用溶液態(tài)燃料，例如可以把固態(tài)BH4調(diào)制成水溶液后使用(所謂BFC方式燃料電池boro hydride fuel cell)。BFC方式的燃料電池不使用重整器，而是直接把水溶液狀態(tài)的液態(tài)燃料供應(yīng)給正極。這時(shí)，在正極起重整反應(yīng)，因此可以取消重整器，簡(jiǎn)化燃料電池系統(tǒng)。
另外，燃料電池可以按電解質(zhì)的種類，劃分為磷酸鹽燃料電池(phosphoric fuel cell)、熔碳鹽燃料電池(molten carbonate fuel cell)、固體氧化物燃料電池(alkaline fuel cell)、高分子分離膜燃料電池(solidoxide fuel cell)等。
下面，參照?qǐng)D1，對(duì)普通燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖1所示，儲(chǔ)存在燃料罐5中的燃料被燃料泵3供應(yīng)到燃料電池1。空氣被空氣泵7泵送到燃料電池1。燃料電池1由單一單元(unit cell)形式形成或由疊放單一單元的堆棧(stack)形式形成。
下面，參照?qǐng)D2和圖3，對(duì)傳統(tǒng)燃料電池的一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，圖2，圖3為由單一單元形成的燃料電池示意圖。
電解質(zhì)10的兩側(cè)分別設(shè)有正極30和負(fù)極20。正極30和負(fù)極20的外側(cè)分別設(shè)有隔板40、50。這里，正極30和負(fù)極20具有多孔形狀，通常含有白金催化劑。
正極30的外側(cè)設(shè)有正極側(cè)隔板50，負(fù)極20的外側(cè)設(shè)有負(fù)極側(cè)隔板50。隔板40、50用于支撐正極30和負(fù)極20，通常分別具有由隔壁44、54形成的通路46、56。上述通路46、56的形狀可以存在多種形式。另外，隔板40、50在疊放單一單元時(shí)可以隔離各單一單元。隔板40、50的外側(cè)可以分別設(shè)置集電板。
作為電解質(zhì)10通常使用由高分子材料制成的離子交換膜，其商品化的產(chǎn)品中，作為具有代表性的電解質(zhì)膜，可以舉DIUPON公司的Nafion膜為例。電解質(zhì)10起氫離子傳導(dǎo)體作用的同時(shí)，防止氧氣和氫氣的接觸。另外，正極30和負(fù)極20是附著有催化劑的支撐體，通常使用碳樹脂(carbon paper)或碳織物(carbon cloth)。另外隔板40、50通常是致密的碳板。
對(duì)上述燃料電池的作用，進(jìn)行如下說(shuō)明。
供應(yīng)到燃料電池的燃料和空氣分別流過(guò)正極和負(fù)極時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)。
正極Eo＝-1.24V負(fù)極Eo＝0.4V全體Eo＝1.62V另外，為了把BH4-調(diào)制成穩(wěn)定的溶液，通常添加一定量的Na。隨之正極30會(huì)產(chǎn)生與之相應(yīng)的副反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生氫氣。這里，正極30的反應(yīng)方程式為。
現(xiàn)有的燃料電池中，為了增加發(fā)電功率，要加大燃料電池各構(gòu)成部件的大小。但是增加大小時(shí)，對(duì)于燃料電池的各部件，特別是對(duì)于隔板來(lái)說(shuō)因其內(nèi)部形成有通路，會(huì)存在制作困難，費(fèi)用增加的問(wèn)題。
另外，如果為了提高功率，加大燃料電池的各構(gòu)成部件大小，則會(huì)導(dǎo)致燃料電池整個(gè)體積增大，造成使用上的不便。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有燃料電池存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的燃料電池，在不用增大其構(gòu)成部件大小的情況下，提高發(fā)電性能。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種燃料電池，包括電解質(zhì)；分別設(shè)置在電解質(zhì)兩側(cè)的正極和負(fù)極；分別設(shè)置在正極和負(fù)極的正極側(cè)隔板和負(fù)極側(cè)隔板，上述正極上形成凹陷部。
前述的燃料電池，其中凹陷部包括貫穿上述正極的貫穿部分。
前述的燃料電池，其中凹陷部包括直線部分。
前述的燃料電池，其中直線部分包括第1直線部分和與上述第1直線部分按一定角度交叉的第2直線部分。
前述的燃料電池，其中第1直線部分和上述第2直線部分相互垂直交叉。
前述的燃料電池，其中第1直線部分和上述第2直線部分中，至少某一個(gè)的長(zhǎng)度與上述正極的幅度或長(zhǎng)度相同。
前述的燃料電池，其中第1直線部分和上述第2直線部分中，至少某一個(gè)的長(zhǎng)度小于上述正極的幅度或長(zhǎng)度，而另一個(gè)以數(shù)個(gè)設(shè)置在相對(duì)長(zhǎng)的各直線部分之間。
前述的燃料電池，其中在上述負(fù)極上形成凹陷部。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用如下技術(shù)方案一種燃料電池，包括，包括電解質(zhì)；分別設(shè)置在電解質(zhì)兩側(cè)的正極和負(fù)極；分別設(shè)置在正極和負(fù)極的正極側(cè)隔板和負(fù)極側(cè)隔板，在上述負(fù)極上形成凹陷部。
本發(fā)明在保持燃料電池的原來(lái)大小的情況下，也可以提高燃料電池的發(fā)電功率和發(fā)電性能。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1為普通的燃料電池系統(tǒng)的工作原理圖。
圖2為傳統(tǒng)燃料電池的分解示意圖。
圖3為圖2所示的電池的組合斷面圖。
圖4為本發(fā)明的燃料電池的實(shí)施例示意圖，是電解質(zhì)和正極的組合平面示意圖。
圖5為圖4所示燃料電池的斷面圖。
圖6為本發(fā)明的燃料電池另一實(shí)施例示意圖，是與圖4相當(dāng)?shù)氖疽鈭D。
圖7為本發(fā)明的燃料電池又一實(shí)施例示意圖，是與圖4相當(dāng)?shù)氖疽鈭D。
圖8a為傳統(tǒng)燃料電持中的燃料流動(dòng)狀態(tài)示意圖。
圖8b為本發(fā)明燃料電池中的燃料流動(dòng)狀態(tài)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明10電解質(zhì)20負(fù)極30正極 40負(fù)極側(cè)隔板(separator)50正極側(cè)隔板32，34凹陷部 300媒介層(涂層)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，對(duì)于與傳統(tǒng)燃料電池相同的構(gòu)成部件，采用相同的名稱和標(biāo)號(hào)。
下面，參照?qǐng)D4，對(duì)本發(fā)明的燃料電池較佳實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
與現(xiàn)有技術(shù)相同，本發(fā)明的燃料電池也包括電解質(zhì)、正極、負(fù)極、正極側(cè)隔板、負(fù)極側(cè)隔板。由多個(gè)單一單元疊放形成的堆棧(stack)式燃料電池中，單一隔板的一側(cè)與正極接觸，另一側(cè)與負(fù)極接觸。但是為了說(shuō)明上的方便，在下述說(shuō)明中，采用“正極側(cè)隔板”和“負(fù)極側(cè)隔板”的術(shù)語(yǔ)。
與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明中，正極30形成有凹陷部32。凹陷部32的形狀沒(méi)有限定，但上述凹陷部32以與垂直方向或水平方向，即正極30的長(zhǎng)度或幅度平行的直線狀態(tài)形成為宜。即，多個(gè)直線式凹陷部32按一定間隔排列，形成條紋(stripe)形狀。當(dāng)然，也可以使上述凹陷部32的一部分具有直線形狀，使另一部分具有曲線等其他形狀。
如圖5所示，凹陷部可以具有不貫穿正極30的凹陷形狀(請(qǐng)參照?qǐng)D面標(biāo)號(hào)32)，但為了制造上的方便等因素，上述凹陷部貫穿正極30為宜(請(qǐng)參照?qǐng)D面標(biāo)號(hào)32a)。當(dāng)然，也可以使凹陷部的一部分形成非貫穿部分，另一部分形成貫穿部分。
如圖6所示，凹陷部(32，34)是由第1直線部分32和與上述第1直線部分32按一定角度交叉的第2直線部分34形成。上述第1直線部分32和上述第2直線部分34相互垂直交叉。上述第1直線部分32和上述第2直線部分34中，至少某一個(gè)的長(zhǎng)度與上述正極30的幅度或長(zhǎng)度相同。如果第1直線部分32和第2直線部分34的長(zhǎng)度分別與正極30的幅度和長(zhǎng)度相同，則如圖6所示，形成多個(gè)小正極30a、30b、30c排列在電解質(zhì)10上的形狀，比如鑲嵌(mosaic)形狀。即，具有上述結(jié)構(gòu)時(shí)，各個(gè)分離的小正極30a、30b、30c集合成鑲嵌式正極30。
本發(fā)明不限定于上述結(jié)構(gòu)，也可以按如圖7所示的形狀形成正極。即，第1直線部分32和上述第2直線部分34中，至少某一個(gè)的長(zhǎng)度小于上述正極30的幅度或長(zhǎng)度，而另一個(gè)以數(shù)個(gè)設(shè)置在相對(duì)長(zhǎng)的各直線部分之間。圖7中，水平形成的第1直線部分32的長(zhǎng)度略小于正極30的長(zhǎng)度，多個(gè)第2直線部分34設(shè)置在各第1直線部分32之間，并與第1直線部分32相垂直。
如上所述的結(jié)構(gòu)，可以形成多個(gè)凹陷部(32，34)，此時(shí)，也能避免正極30被分離成多個(gè)小正極的集合體，即，可以形成1個(gè)整塊正極30，從而可以提高正極30的組裝效率。
下面，參照?qǐng)D8a和圖8b，對(duì)本發(fā)明的原理以及效果，進(jìn)行說(shuō)明。
圖8a為沒(méi)有凹陷部的傳統(tǒng)燃料電池中的燃料流動(dòng)狀態(tài)示意圖。流體流動(dòng)時(shí)，按流體的流動(dòng)方向，會(huì)生成邊界層(Boundary layer)。這種邊界層是阻礙流體流動(dòng)的一種阻力因素。
本發(fā)明中，正極30形成有凹陷部(32，34)，因此如圖8b所示，在形成凹陷部(32，34)的部位，上述邊界層會(huì)遭到破壞，降低流體的流動(dòng)阻力。因此，本發(fā)明的流體流動(dòng)比現(xiàn)有燃料電池更加流暢，其熱交換效率得到提高，進(jìn)而可以提高燃料電池的性能。
另外，燃料電池中，燃料和氧化劑的反應(yīng)結(jié)果會(huì)生成水，而本發(fā)明的凹陷部32，34可以防止水的溢出，提高發(fā)電性能。當(dāng)然，在正極30上形成凹陷部32，34時(shí)，會(huì)降低用于化學(xué)反應(yīng)的面積，從本發(fā)明的試驗(yàn)結(jié)果看，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)比上述缺點(diǎn)帶來(lái)的影響更加明顯，還是能夠提高整體發(fā)電性能。
另外，上述一實(shí)施例中，在正極上形成凹陷部。但本發(fā)明不受限于上述結(jié)構(gòu)。即，可以在負(fù)極上形成凹陷部。因?yàn)?，供給負(fù)極的氧化劑通常也是流體，因此可以得到與上述內(nèi)容相似的效果。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
綜上所述，本發(fā)明的燃料電池具有如下發(fā)明效果。
本發(fā)明通過(guò)在正極以及/或負(fù)極上形成凹陷部，降低了燃料以及/或氧化劑的流動(dòng)阻力，提高了燃料電池的發(fā)電性能及發(fā)電功率。另外，本發(fā)明可以通過(guò)凹陷部防止燃料和氧化劑反應(yīng)后生成的水溢出，從而提高發(fā)電性能。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，包括電解質(zhì)；分別設(shè)置在電解質(zhì)兩側(cè)的正極和負(fù)極；分別設(shè)置在正極和負(fù)極的正極側(cè)隔板和負(fù)極側(cè)隔板；上述正極上形成凹陷部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于上述凹陷部包括貫穿上述正極的貫穿部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其特征在于上述凹陷部包括直線部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池，其特征在于上述直線部分包括第1直線部分和與上述第1直線部分按一定角度交叉的第2直線部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池，其特征在于上述第1直線部分和上述第2直線部分相互垂直交叉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于上述第1直線部分和上述第2直線部分中，至少某一個(gè)的長(zhǎng)度與上述正極的幅度或長(zhǎng)度相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于上述第1直線部分和上述第2直線部分中，至少某一個(gè)的長(zhǎng)度小于上述正極的幅度或長(zhǎng)度，而另一個(gè)以數(shù)個(gè)設(shè)置在相對(duì)長(zhǎng)的各直線部分之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池，其特征在于在上述負(fù)極上形成凹陷部。
9.一種燃料電池，包括，包括電解質(zhì)；分別設(shè)置在電解質(zhì)兩側(cè)的正極和負(fù)極；分別設(shè)置在正極和負(fù)極的正極側(cè)隔板和負(fù)極側(cè)隔板；在上述負(fù)極上形成凹陷部。
全文摘要
一種燃料電池，包括電解質(zhì)；分別設(shè)置在電解質(zhì)兩側(cè)的正極和負(fù)極；分別設(shè)置在正極和負(fù)極的正極側(cè)隔板和負(fù)極側(cè)隔板，正極上形成凹陷部。本發(fā)明在不用增大其構(gòu)成部件大小的情況下，提高發(fā)電性能。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1747209SQ200410071818
公開日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者趙泰熙, 樸明錫, 崔洪, 金哲煥, 李明浩, 黃勇俊, 許成根, 高承泰 申請(qǐng)人:樂(lè)金電子(天津)電器有限公司