燃料电池及其系统的制作方法

本发明属于膜电极，尤其涉及一种燃料电池及其系统。

背景技术：

1、氢能作为未来能源体系的重要组成部分在工业，交通运输领域都有着巨大的发展前景，然而氢气的运输和存储是制约氢能技术推广应用的关键难题。氨具有能量密度高，易液化，易于运输，成本低，安全性高，不易爆炸等优点，是氢最好的载体，因此间接氨燃料电池也被提出作为一种氢能源汽车的有效解决方案，该燃料电池系统主要是氨分解器与质子交换膜燃料电池连用集成一个整体系统，氨气先通过分解反应器分解为氢气和氮气，然后将分解后的氢气通入质子交换膜燃料电池中。但是对于该系统来说主要问题在于目前商用的质子交换膜燃料电池主要是作为直接通纯氢气使用，耐氮能力有限，因此当直接通入氨气反应器出来的混合气体时，会由于氮气的存在导致质子交换膜燃料电池的性能下降。

2、现有的技术通常是需要在氨分解器和质子交换膜燃料电池中间再额外加入一个氢气提纯装置和氢气缓冲装置，达到氢氮分离的目的，如cn216958124u专利公开的间接氨混合器的燃料电池系统。

3、但是这种系统通常需要设备多，设备分散放置，占用面积大，成本高，导致氢能源汽车的集成度较低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种燃料电池及其系统，可以解决相关技术提供的燃料电池系统需要设备多，设备分散放置，占用面积大，成本高，导致氢能源汽车的集成度较低的技术问题。

2、本发明提供的技术方案如下所示：

3、一方面，提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括：

4、质子交换膜，

5、阳极气体扩散层，位于所述质子交换膜的第一侧；

6、阴极气体扩散层，位于所述质子交换膜的第二侧；

7、第一双极板，位于所述阳极气体扩散层的第一侧；

8、第二双极板，位于所述阴极气体扩散层的第二侧；

9、其中，所述第一侧与所述第二侧相对；

10、所述阳极气体扩散层包括自支撑膜，所述自支撑膜通过无定型多孔碳分子筛形成，所述无定型多孔碳分子筛包括层叠设置的具有多个梯度孔径的多孔碳分子筛，所述多个梯度孔径的多孔碳分子筛可分离氮气和氢气。

11、在本发明一种可选地实施方式中，所述多个梯度孔径的多孔碳分子筛包括起始梯度孔径的多孔碳分子筛、过渡梯度孔径的多孔碳分子筛和最终梯度孔径的多孔碳分子筛；

12、所述起始梯度孔径的多孔碳分子筛靠近所述第一双极板的一端，所述最终梯度孔径的多孔碳分子筛靠近所述质子交换膜的一端，所述起始梯度孔径沿所述最终梯度孔径方向孔径依次减小。

13、在本发明一种可选地实施方式中，所述最终梯度孔径位于0.289nm与0.364nm之间，所述起始梯度孔径和所述过渡梯度孔径均大于0.364nm。

14、在本发明一种可选地实施方式中，所述自支撑膜包括中空碳纤维膜或基底支撑复合膜。

15、在本发明一种可选地实施方式中，所述无定型多孔碳分子筛包括石墨烯或有序介孔碳。

16、在本发明一种可选地实施方式中，所述无定型多孔碳分子筛对氮气和氢气的选择性大于70％。

17、另一方面，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括上述任一所述的燃料电池与氨分解器；

18、所述氨分解器一端用于与氨气产生器连接，用于氨气进入，另一端产出氮气氢气混合气体，与所述燃料电池连接，氮气和氢气混合气体进入燃料电池中。

19、在本发明一种可选地实施方式中，还包括冷凝器，所述冷凝器位于所述氨分解器和燃料电池之间。

20、在本发明一种可选地实施方式中，还包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门位于所述氨分解器和所述燃料电池之间，所述第二阀门位于所述冷凝器和所述燃料电池之间。

技术特征：

1.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述多个梯度孔径的多孔碳分子筛包括起始梯度孔径的多孔碳分子筛、过渡梯度孔径的多孔碳分子筛和最终梯度孔径的多孔碳分子筛；

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述最终梯度孔径位于0.289nm与0.364nm之间，所述起始梯度孔径和所述过渡梯度孔径均大于0.364nm。

4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述自支撑膜包括中空碳纤维膜或基地支撑复合膜。

5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述无定型多孔碳分子筛包括石墨烯或有序介孔碳。

6.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述无定型多孔碳分子筛对氮气和氢气的选择性大于70％。

7.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括权利要求1-6任一所述的燃料电池与氨分解器；

8.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，还包括冷凝器，所述冷凝器位于所述氨分解器和燃料电池之间。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，还包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门位于所述氨分解器和所述燃料电池之间，所述第二阀门位于所述冷凝器和所述燃料电池之间。

技术总结本发明提供了一种燃料电池及燃料电池系统，燃料电池包括：质子交换膜，阳极气体扩散层，位于质子交换膜的第一侧；阴极气体扩散层，位于质子交换膜的第二侧；第一双极板，位于阳极气体扩散层的第一侧；第二双极板，位于阴极气体扩散层的第二侧；其中，第一侧与第二侧相对；阳极气体扩散层包括自支撑膜，自支撑膜通过无定型多孔碳分子筛形成，无定型多孔碳分子筛包括层叠设置的具有多个梯度孔径的多孔碳分子筛，多个梯度孔径的多孔碳分子筛可分离氮气和氢气。技术研发人员：李迁,朱俊娥,欧阳洵,马瑞真受保护的技术使用者：北京氢璞创能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/21