[發明專利]一種包含納米纖維結構的柔性膜燃料電池

在審

• 申請號: 202210170227.5
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114243069A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 方川;萬賀廷;李飛強;袁殿
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/1016
• 分類號: H01M8/1016;H01M8/1018;H01M8/1065;H01M8/1067
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 姚星

本發明提供了一種包含納米纖維結構的柔性膜燃料電池，該柔性膜燃料電池包括陰極、陽極和電解質柔性膜，其特征在于：所述電解質柔性膜包含納米纖維結構，所述納米纖維結構由具有離子導電性的電解質材料制成，能夠在150~250℃的溫度區間具有4.3×10^?3S/cm以上的電導率。進一步的，所述陰極、陽極是由電極材料與所述納米纖維結構混合組成的復合電極。本發明使用了包含納米纖維結構的電解質柔性膜，使得燃料電池在150~250℃的中等溫度下呈現良好的適用性。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種包含納米纖維結構的柔性膜燃料電池。

背景技術

燃料電池是將燃料化學能通過電化學過程直接轉化為電能的能量轉換裝置，具有高效、清潔等特點，其核心部件由隔膜、陰極和陽極組成，隔膜層為致密的電解質，起著傳導離子、隔離燃料與氧化氣體的作用，要求具備較高的離子電導率。

根據電解質類型劃分，燃料電池可分為質子交換膜燃料電池（PEMFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、磷酸燃料電池（PAFC）和熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）等，車用領域現階段主要以質子交換膜燃料電池為主。然而，質子交換膜的耐高溫性較差，工作溫度一般在100℃附近及以下，當工作溫度增加時，質子交換膜容易發生降解，導致質子傳導性降低，進而影響性能。該溫度工作條件增加了燃料電池系統的散熱壓力，不利于長時間高功率運行，在部分工況下受到了一定限制。

由于質子交換膜燃料電池對散熱的要求苛刻，固體氧化物燃料電池在車用領域正受到越來越多的關注。其中，氧離子傳導型SOFC工作溫度為700℃～1000℃，質子傳導型SOFC工作溫度為350℃～550℃。雖然固體氧化物燃料電池可以耐受更高的溫度，但由于SOFC組件材料是脆性的，過高的工作溫度導致啟停過程中的溫度變化跨度較大，熱膨脹造成的熱應力很容易引起材料開裂，導致漏氣等安全問題，因此SOFC的有效面積受到了限制，一般只能做到10cm×10cm，而作為對比，PEMFC的有效面積可達400cm²～500cm²，這對SOFC性能提升及應用拓展造成了一定的影響。

為此，亟需提供一種適用于150~250℃的中等溫度運行條件的燃料電池，克服PEMFC和SOFC存在的缺陷，從而使燃料電池能夠更廣泛的應用于車用領域。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種包含納米纖維結構的柔性膜燃料電池，其特征在于：所述柔性膜燃料電池包含陰極、陽極和電解質柔性膜；所述電解質柔性膜包含納米纖維結構；所述納米纖維結構由具有離子導電性的電解質材料制成，在150~250℃的溫度區間具有4.3×10^-3S/cm以上的電導率。

具體的，所述電解質材料可以是無機電解質材料或有機電解質材料。其中，所述無機電解質材料包括釔穩定的二氧化鋯、摻雜氧化鉍或氧化鈰、LaGaO₃基鈣鈦礦型氧化物、摻雜BaCeO₃、摻雜BaZrO₃、摻雜SrZrO₃和摻雜SrCeO₃中的至少一種，例如La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_2.85、Ce_0.9Gd_0.1O_1.95、Bi₂V_0.9Cu_0.1O_5.35-δ等，其中摻雜元素可以為Gd、Sm、Y、Tm、Yb、Lu、In和Sc等。所述有機電解質材料包括全氟磺酸聚合物、烴類聚合物、聚偏二氟乙烯、聚酰亞胺、聚苯硫醚、摻雜的聚苯并咪唑中的至少一種。

具體的，所述納米纖維結構由具有離子導電性的電解質材料通過電紡絲法、溶膠甩絲法或溶液高壓噴射法制成。