氧氢燃料电池气体扩散电极技术

项目名称

氧氢燃料电池气体扩散电极技术

项目资料

技术领域：新材料

技术合作方式：合作开发

单位名称：库班国立大学

项目简介

使用磁控溅射方法合成了用星形钯纳米微晶改进的用于燃料电池的高效复合三层膜式氢电极。基于已开发的材料，已经创建了新的膜电极单元，使得可以实现氢氧燃料电池较高的单位特性。已开发的膜电极还可用于其他电化学系统，特别是可以用于具有固体聚合物电解质或氢压缩机的水电解槽。

用于氧-氢燃料电池的膜式氢电极包括多孔镍基板，在镍基板上涂有钯薄膜的形式的活性物质（该膜可以起到两面涂有已化学吸附氢的纳米级金属粉末涂层的由钯黑制成的薄膜的作用），同时，带有改进的钯薄膜的薄膜通过接触点焊固定到多孔镍基板上。在这种情况下，该膜由三层复合改性薄膜制成，其内层由能充分溶解氢的金属制成，例如铀，钛，钍，铈，钒或钽，而外层由钯或其合金制成，同时内层和外层的厚度比为4：1 – 500：1。基于所推荐的电极，可以制造便宜的氧-氢燃料电池，该电池在环境温度下以更高的单位功率工作。

在图1中以截面图形式体现了所展示的氢电极。该电极包括由厚度为2-50微米的较薄的三层复合箔制成的薄膜1，箔上涂有厚度为0.1-0.5微米的钯或钯合金涂层。在薄膜1的两侧，涂有由星状钯纳米微晶组成的钯黑的细分散（纳米级）金属粉末涂层2（见图4）。三层复合改进型薄膜1，在一侧接触点焊固定到多孔镍基板上通过电阻点焊（点3）固定在多孔镍基板4的表面上。基板4与金属气体分配板5电接触。在薄膜1气体侧的板5的空间内和表面上形成气体分配通道（吹扫通道）系统，系统6通过带有阀门的末端气体管接头7结尾。

由三层金属涂层构成的复合改性薄膜形式的薄膜的制造可以在保持化学纯钯薄膜水平的总氢渗透率条件下，将相同厚度薄膜中昂贵的钯的含量大幅度降低4-500倍，从而大幅降低其成本，则对基于这种氢电极的电化学装置的批量生产非常重要。

因此，基于所推荐的电极，可以制造廉价的氧-氢燃料电池，该电池在环境温度下可以以更高的单位功率工作（图2）。

图2. 是基于全金属气体扩散的含钯氢电极的燃料电池原理图。1-燃料电池壳体；2-氧气（空气）供给通道；3-接地线；4-用于固定燃料电池壳体的元件；5-阴极；6-阴极催化剂；7-电解质；8-阳极；9-阳极室；10-氢气供给通道；11-氢气排出通道。

图3. 氧氢燃料电池的模型

图4. 由钯纳米微晶改进的电极表面的显微照片