[發明專利]一種無電解質燃料電池

有效

• 申請號: 201010593786.4
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102544540A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 朱志剛;朱斌;劉向榮
• 申請（專利權）人: 宓丹
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明屬于能源轉化技術領域，具體涉及一種由化學能轉化為電能的燃料電池裝置。

背景技術

所有現行燃料電池都是遵從170年前GROVE發明的陽極8-電解質9-陰極10三部件的結構，見圖3，所謂MEA（membrane?electrode?assembly）技術。其中電解質是關鍵部件。它是一種純的離子導體用于燃料電池的隔膜實現對陽極和陰極的隔離防止燃料電池短路，以及輸運離子來實現燃料電池反應和轉化電能。電解質的離子導電純度越高越好，通常需要90%-98以上任何電子導電都會帶來燃料電池的電能泄露而降低燃料電池的電能轉化效率。由于受電解質材料的限制，高和純的離子電導，以及復雜的3部件構造技術，燃料電池自從1839年發明以來，一直沒有達到其商業化的目的。現行燃料電池研發一個主流方向是對高溫（1000oC）釔穩定的二氧化鋯(YSZ)電解質進行減薄制備微米級的薄膜來減少電解質材料的電阻，以達到降低燃料電池操作溫度的目的。但是微米級薄膜電解質無法保證燃料電池的性能和重復性，而且由于YSZ電導率的限制，仍然需要700oC以上溫度的操作。電解質成為實現燃料電池商業化的瓶頸。如果把電解質減薄為零厚度，即沒有電解質，那么這個商業化瓶頸將被根本去除。

發明內容

為了解決電解質成為實現燃料電池商業化的瓶頸問題，本發明提供一種無電解質燃料電池。

實現上述目的的技術解決方案如下：

一種無電解質燃料電池包括單反應體部件或雙反應體部件，單反應體部件或雙反應體部件的外側面兩處分別設有集電極，單反應體部件或雙反應體部件和集電極位于殼體內，殼體的一側分別設有空氣進口和空氣出口，另一側分別設有氫氣進口和氫氣出口。

所述單反應體部件或雙反應體部件包含至少一種離子導體和一種電子導體（包括n?和p型）。

所述單反應體部件或雙反應體部件為片狀或柱狀。

所述空氣進口和氫氣進口分別設于殼體上部，所述空氣出口和氫氣出口分別設于殼體下部。

本發明不同于現有技術中的燃料電池的原理和技術及其構造。本發明用非常簡單的方法構造單部件反應體或雙部件反應體的裝置取代傳統燃料電池陽極，陰極和電解質三個部件的構造同樣達到燃料電池的電能轉化。這種新型的燃料（化學能-電能的轉化）裝置技術可望從根本上解決燃料電池高造價，高難、復雜技術對其商業化的限制，快速實現燃料電池的產業化和商業化。

本發明單反應體部件具有混合均勻的離子和電子導體。其離子導體為摻雜氧化鈰或摻雜氧化鈰與碳酸鹽的納米復合材料，包括碳酸鹽對氧化鈰或摻雜氧化鈰包裹的納米復合材料；所述摻雜氧化鈰中的摻雜元素為Y、La、Pr、Sm、Gd或Ca，摻雜元素與Ce的摩爾比為1：1%-50%；而電子導體為金屬氧化物，典型為氧化鎳、銅、鐵、鋅以及他們的混合或復合材料。而雙反應體部件則是由一個離子導體（如上述）和電子（如上述，即n型）混合部件以及一個離子和電子空穴（即p型）導電材料的混合部件組成。

與現有技術的燃料電池相比，本發明的有益技術效果體現在以下方面：

1．單反應體部件、雙反應體部件的無電解質燃料電池裝置完全避免了電解質對燃料電池的性能以及商業化形成的瓶頸。

2.?本發明沒有電解質也就沒有陽極-陰極-電解質三個部件之間的化學相容和穩定性的問題，根本解決了3部件之間的長期穩定性和化學相容的問題。使得裝置的性能和穩定性得到保障。

3.?本發明根本解決燃料電池復雜的技術和高難度，有效地降低生產成本，并能夠大幅度提高產品生產效率。具有更大的商業化前景；從根本是提供了發展具有市場競爭性燃料電池的產品開辟了新路。無電解質燃料電池的發明以及相應材料的開發和發展為燃料電池高技術產業提供了強有力的支持。

應該指出，燃料電池自發明170年以來，一直使用傳統的以電解質為核心的3部件構造技術。而本發明無電解質的單部件或雙部件燃料電池意味著對燃料電池170多年的歷史的改寫，是燃料電池的一個新誕生和新發展的里程碑。這將產生燃料電池的革命無論在燃料電池科學和技術以及應用的經濟價值都將獲得突破性的變革，必將大大加速燃料電池的產業化和商業化應用。

附圖說明

圖1為本發明無電解質單反應體部件的燃料電池裝置構造圖。

圖2為本發明無電解質雙反應體部件的燃料電池裝置構造圖。

圖3為傳統的電解質為核心的三個部件燃料電池示意圖。