[發明專利]燃料電池堆體及具有其的燃料電池系統

無效

• 申請號: 201010273513.1
• 申請日: 2010-09-03
• 公開（公告）號: CN102195062A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 宋佳映;金熙卓;韓相日;金泰允;曹誠庸;閔明基;蔡根錫
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/22;H01M4/86
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 屈玉華

技術領域

本發明涉及一種燃料電池系統。

背景技術

燃料電池系統包括利用燃料(烴基燃料、氫或富氫氣體)與氧化劑(空氣或氧氣)的電化學反應產生電能的燃料電池堆體、向燃料電池堆體供應燃料的燃料供應器(fuel?supply)以及向燃料電池堆體供應氧化劑的氧化劑供應器。燃料電池堆體包括多個膜電極組件(MEA)和位于膜電極組件之間的分隔體(也稱為雙極板)。

每個MEA包括電解質膜、形成在電解質膜一側的陽極以及形成在電解質膜另一側的陰極。分隔體在面對陽極的一側形成燃料通道以通過其將燃料供應到陽極，并在面對陰極的一側形成氧化劑通道以通過其將氧化劑供應到陰極。接著，在陽極的氫的氧化反應和在陰極的氧的還原反應產生電能，并另外產生了熱和水分。

在燃料電池堆體工作期間，在MEA的特定區域而不是在MEA的整個區域另外產生了水，水的量隨著電流密度的增大而增大。因此，在產生大量水的區域中氧化劑的分散惡化，在缺水的區域中MEA惡化或無法發生電化學反應。因此，不能在MEA的整個區域引發均勻的反應，由此引起燃料電池堆體的性能惡化。

在背景技術中公開的上述信息僅用于增強對本發明背景的理解，因此其可以包含不形成本國本領域技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

本發明的實施例提供了一種燃料電池堆體和包括該燃料電池堆體的燃料電池系統，該燃料電池堆體能通過在膜電極組件(MEA)的基本整個區域中引發大體均勻的電化學反應來增大電能產生效率。

根據本發明示范性實施例的燃料電池堆體包括：多個膜電極組件，每個膜電極組件具有電解質膜、在電解質膜的第一側上的陽極和在電解質膜的與第一側相反的第二側上的陰極，其中陽極和陰極的每個包括分為至少兩個區的氣體擴散層使得第一區和第二區具有不同的面密度；和分隔體，在相鄰的膜電極組件之間。

在一個實施例中，氣體擴散層包括背襯層和微孔層，該背襯層由薄的多孔材料制成，諸如，碳紙、碳布、碳氈、金屬或金屬纖維，該微孔層由碳粉末、碳納米棒、碳納米線、碳納米管、導電金屬、無機材料或陶瓷粉末制成。

在一個實施例中，在第一區中的背襯層具有在約50g/m²至約300g/m²之間的面密度，在第二區中的背襯層具有在10g/m²至50g/m²之間的面密度，在第一區中的微孔層具有在30g/m²至100g/m²之間的面密度，在第二區中的微孔層具有約70g/m²或小于70g/m²的面密度。

氣體擴散層可以涂覆有疏水材料或親水材料，諸如，聚四氟乙烯或磺化四氟乙烯共聚物。

此外，分隔體可具有氧化劑入口和氧化劑出口，其中第一區鄰近氧化劑入口并具有比第二區高的面密度。分隔體可具有燃料入口和燃料出口，其中第一區鄰近燃料入口并具有比第二區高的面密度。

在另一實施例中，提供了一種燃料電池堆體，其包括：多個膜電極組件，每個膜電極組件包括電解質膜、在電解質膜的第一側上的陽極和在電解質膜的與第一側相反的第二側上的陰極，其中陽極和陰極包括氣體擴散層，其中氣體擴散層的面密度在氣體擴散層上逐漸變化；以及分隔體，在相鄰的膜電極組件之間。

在一個實施例中，分隔體具有氧化劑入口和氧化劑出口，其中陰極的氣體擴散層的面密度在大體從氧化劑入口到氧化劑出口的方向上逐漸減小，分隔體具有燃料入口和燃料出口，其中陽極的氣體擴散層的面密度在大體從燃料入口到燃料出口的方向上逐漸減小。

附圖說明

圖1為根據本發明第一示范性實施例的燃料電池堆體的局部分解透視圖；

圖2為圖1的燃料電池堆體的一個MEA和兩個分隔體的分解透視圖；

圖3為圖2的MEA和分隔體的局部截面圖；

圖4為圖3的燃料電池堆體的陰極的氣體擴散層的示意圖；

圖5為圖3的燃料電池堆體的陽極的氣體擴散層的示意圖；

圖6為根據本發明第二示范性實施例的燃料電池堆體的陰極的氣體擴散層的示意圖；

圖7為根據本發明第二示范性實施例的燃料電池堆體的陽極的氣體擴散層的示意圖；

圖8為根據本發明第三示范性實施例的燃料電池堆體的陰極的氣體擴散層的示意圖；

圖9為根據本發明第三示范性實施例的燃料電池堆體的陽極的氣體擴散層的示意圖；

圖10為根據本發明第四示范性實施例的燃料電池堆體的陰極的氣體擴散層的示意圖；

圖11為根據本發明第四示范性實施例的燃料電池堆體的陽極的氣體擴散層的示意圖；