專利名稱：質子交換膜氫氣電化學增壓裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料電池和高壓氫氣發(fā)生裝置，特別涉及一種質子交換膜氫 氣電4七學增壓裝置。
背景技術：
'雖氣是再生燃料電池、固定式加氫站，以及應用燃料電池的交通運輸工
具的^3力源，為了滿足它們的需要，必須產生可以直接儲存于氣瓶內的高壓 氫氣。目前，采用常壓水電解技術制取的氫氣，如果要達到儲存的目的，就 必須提供氣體壓縮泵，使之達到設定的高壓值，才能儲存于氣瓶內，從而導 致水電解系統(tǒng)整體裝備沉重，能耗大，可靠性降低，而且降低了電解效率。
而采用高壓水泵供水式高壓或者部分高壓操作的水電解器，則存在有結 構復雜，費用高昂等缺陷，而且存在安全隱患。因此，需要開發(fā)一個工藝相 對簡單、安全、價廉的可以產生高壓氫氣的裝置提供上述的需求。

發(fā)明內容
為了解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種質子交換膜氫氣電 化學增壓裝置，利用本發(fā)明，可以將水電解器產生的低壓或常壓氫氣增加到 設定的高壓值，產生的高壓氫氣可以直接儲存使用。
為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術方案是
提供一種質子交換膜氫氣電化學增壓裝置，該裝置包括
陽極絕緣緩沖墊、陽極導電板、陽極密封環(huán)、帶擴散層的陽極流場板、 膜電t及、帶擴散層的陰極流場板、膜電極支撐層、陰極密封環(huán)、氣體分隔板、 壓力纟褢沖彈墊、陰極密封環(huán)、氣體分隔板、陽極密封環(huán)、帶擴散層的陽極流 場板、膜電極、帶擴散層的陰極流場板、膜電極支撐層、陰極密封環(huán)、氣體分隔板、壓力緩沖彈墊、陰極密封環(huán)、陰極導電板、陰極絕緣緩沖墊依次堆 疊組成的電池堆；
電池堆的兩端分別安裝前端板和后端板；前端板和后端板的外緣大于上
述電池堆的其它部件，其突出于電池堆部件的區(qū)域等距離設置有若干邊緣孔， 分別安裝螺桿，鎖緊電池堆。
上述前端板、陽極絕緣緩沖墊、陽極導電板、陽極密封環(huán)、陰極密封環(huán)、 分隔板或膜電極的邊緣設置有三個通孔，由陽極密封環(huán)或陰極密封環(huán)對三個 通孔四周進行密封或提供導流缺口。
如果增加高壓氫氣的輸出量，只需重復疊加上述電池堆的單體數，即只 需增加流場板、膜電極組件、膜電極支撐層、壓力緩沖彈墊、氣體分隔板(極 板)，密封環(huán)部分即可。電池堆疊加時，相鄰堆疊部件上對應的通孔由陽極密
封環(huán)A4或陰極密封環(huán)C4密封連接后構成低壓氫氣和高壓氫氣進出通道的分 配歧管。
本發(fā)明質子交換膜氫氣電化學增壓裝置可以直接和常壓水電解器裝在同 一個電池堆或系統(tǒng)中，作為高壓水電解器使用，它既克服了傳統(tǒng)高壓水電解 系統(tǒng)需要機械壓縮系統(tǒng)或高壓水泵的缺點，又繼承了產生高壓氫氣的優(yōu)點， 減化了高壓水電解的系統(tǒng)結構，降低了系統(tǒng)的體積和重量，提高了高壓水電 解系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時，質子交換膜氫氣電化學增壓裝置還可以進 行不純氫氣的提純，制備高純氫氣。產生的高壓氫氣可以直接儲存在氣瓶內， 滿足固定式或者交通運輸使用，包括交通運輸工具和加油站。因此，取得了 降低成本，提高安全可靠性等有益效果。


圖l:本發(fā)明質子交換膜氫氣電化學增壓裝置的結構示意圖2:膜電極支撐層的結構示意圖3:壓力緩沖彈墊的結構示意圖4:帶擴散層的陽極流場板的結構示意圖；圖5:帶擴散層的陰極流場板的結構示意圖； 圖6:質子交換膜氫氣電化學增壓原理示意圖;
圖7:膜電極組件的結構示意圖； 圖8:陽極密封環(huán)的結構示意圖； 圖9:陰極密封環(huán)的結構示意圖； 圖10:絕緣緩沖墊的結構示意圖； 圖11:導電板的結構示意圖； 圖12:前端板的結構示意圖； 圖13:后端板的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1為本發(fā)明質子交換膜氫氣電化學增壓裝置的結構示意圖，該裝置包
括陽極絕緣緩沖墊A2、陽極導電板A3、陽極密封環(huán)A4、帶擴散層的陽極流 場板A5、膜電極M1、帶擴散層的陰極流場板C5、膜電極支撐層P1、陰極密 封環(huán)C4、氣體分隔板S1、壓力緩沖彈墊P2、陰極密封環(huán)C4、氣體分隔板S1、 陽極密封環(huán)A4、帶擴散層的陽極流場板A5、膜電極M1、帶擴散層的陰極流場 板C5、膜電極支撐層P1、陰極密封環(huán)C4、氣體分隔板S1、壓力緩沖彈墊P2、 陰極密封環(huán)C4、陰極導電板C3、陰極絕緣緩沖墊C2依次堆疊組成的電池堆；
電池堆的兩端分別安裝前端板Al和后端板Cl;前端板Al和后端板Cl的 外緣大于上述電池堆的其它部件，其突出于電池堆部件的區(qū)域等距離設置有 若干邊緣孔，分別安裝螺桿，鎖緊電池堆。
膜電極Ml的陰極側設置有支撐層Pl和壓力緩沖彈墊P2，目的是對膜電 極M1起支撐作用，以及對膜電極兩側的高壓力差起平衡和緩沖作用，提高膜 電極的性能和使用壽命。
上述前端板A1、陽極絕緣緩沖墊A2、陽極導電板A3、陽極密封環(huán)A4、 陰極密封環(huán)C4、分隔板Sl和膜電極Ml的邊緣都設置有三個通孔，由陽極密封環(huán)或陰極密封環(huán)對三個通孔四周進行密封或提供導流缺口；電池堆疊加時，
相鄰堆疊部件上對應的通孔由陽極密封環(huán)A4或陰極密封環(huán)C4密封連接后構 成低壓氫氣和高壓氫氣進出通道的分配歧管。在前端板A1內側邊緣設置有密 封槽，采用0型密封結構形式。
在前端板Al上的3個通孔也可分別開在前端板Al和后端板Cl上，相應 地，前、后絕緣緩沖墊A2、 C2的通孔位置也應作調整，但這對電池功能并無 影響，只是改變了電池內氫氣導入、導出的方向。前端板A1和后端板C1的 材料可以使用硬質鋁合金或不銹鋼加工制作。本發(fā)明實施例中，前、后端板 Al、 Cl使用陽極化表面處理硬質鋁合金板加工。
如果增加高壓氫氣的輸出量，只需重復疊加上述電池堆的單體數，即只 需增加流場板A5、 C5、膜電極組件M1、膜電極支撐層P1、壓力緩沖彈墊P2、 氣體分隔板S1 (極板)，密封環(huán)A4、 C5部分即可。
圖2所示是膜電極M1的支撐層Pl的結構圖，Pl表面平整有彈性，放置 于陰極流場板C5和氣體分隔板Sl之間，其主要作用是防止高壓力環(huán)境下氣 體分隔板S1的變形、膜電極M1和氣體分隔板S1之間形成空腔層，保證膜電 極M1、陰極流場板C5和氣體分隔板S1之間充分的面接觸，對膜電極起支撐 作用，防止膜電極撕裂受損，提高膜電極的使用壽命。Pl是薄型多孔金屬網 結構，可以是圓形網眼、菱形網眼、或者編織網等多種網眼結構。
圖3所示的是高壓差情況下壓力緩沖彈墊P2的結構示意圖，放置于高壓 力側和低壓力側的兩塊氣體分隔板S1之間，作為彈性支撐網，對電池整體的 高壓力差環(huán)境具有緩沖和平衡作用，提高膜電極的使用壽命。壓力緩沖彈墊 P2選用三層薄型金屬網疊加組成交叉網眼結構，,也可以是多層網眼結構組合。
圖4所示的是帶擴散層的陽極流場板A5的結構示意圖；圖5所示的是帶 擴散層的陰極流場板C5的結構示意圖；其中，圖4 (a)和圖5 (a)是正面 視圖；圖4 (b)和圖5 (b)是背面視圖。
流場板A5、 C5的中間部分是流場溝槽；外圍由密封環(huán)A4、 C4對進出流 場的氫氣密封，密封環(huán)上設置有通孔Pl、 P2、 P3;這些通孔同其它相鄰堆疊部件上對應的通孔密封連接后構成低壓氫氣和高壓氫氣進出通道的分配歧
管。上述流場板A5、 C5是一種單面流場板，其中，與膜電極M1接觸的一面
是平面，起擴散作用，通過流場溝槽進入的氫氣通過擴散層進入膜電極催化
層反應區(qū)開始反應；與膜電極相背對的一面中間部分是流場溝槽，是氫氣進 出的流道，流場板A5流場溝槽邊緣的兩個導流溝槽El、 E2分別用于低壓氫 氣進出流場的出入口， C5流場溝槽的邊緣有一個導流溝槽E3，用于高壓氫氣 流出^;場的出口， El、 E2、 E3導流缺口將中間流場溝槽與通孔直接連通。流 場板A5、 C5是多孔透氣、透水性金屬材料，厚度控制在0. 8 3mm，經粉末燒 結、車L制、鑄模等各種方法加工而成。流場溝槽可以設計為線條形(如圖4 5 所示)、圓環(huán)形、點狀等多種形式。
如上所述，陽極流場板A5的El、 E2和陰極流場板C5的E3是將低壓氫 氣和高壓氫氣導入、導出流場的導流槽，導流槽E1、 E2是低壓氫氣進出口， E3是產生的高壓氫氣出口， El、 E2、 E3導流槽將中間流場溝槽與通孔直接連 通。
圖6為質子交換膜氫氣電化學增壓原理示意圖，顯示了氫氣在陽極流場 板A5和陰極流場板C5中的具體工作過程水電解產生的低壓濕氫氣流經陽 極密圭寸環(huán)A4上的通孔和導流缺口 ，然后經過陽極流場板A5上的導流槽El、 E2和^t道溝槽均勻分散到整個流場板，由于流場板是多孔透氣和透水結構， 流場板同時起擴散作用，氫氣擴散到陽極流場板和膜電極接觸的平面?zhèn)?，?應氣體均勻擴散到膜電極陽極催化層反應區(qū)，在圖6左端陽極催化層反應區(qū)， 在外加直流電的作用下，低壓氫氣氧化失去電子形成氫質子，氫質子攜帶水 分子穿過圖6中間的質子交換膜遷移到圖6右端的膜電極的陰極催化層反應 區(qū)，在這里氫質子得到電子被還原形成氫氣，氫氣通過與膜電極相鄰的陰極 流場板C5平面擴散層擴散到流場溝槽，然后經過流場溝槽匯集到導流槽E3 輸送到外部，通過控制外加電流和出口氫氣流速，在陰極側得到所需要的高 壓氫氣。因此，本發(fā)明裝置中，陽極側是低壓反應氫氣區(qū)，陰極側是產生的 高壓氫氣區(qū)，膜電極兩側具有高偏壓差。上述電化學反應過程的原理是利用質子交換膜只允許質子通過的特性，
根據濃差電池的逆過程，采用電化學的原理使水電解產生的低壓或常壓氫氣
增加到設定高壓值，其反應過程如下所示
陽極//2(低壓)=27/++2e
陰極2/T+2￡=#2(高壓)
質子交換膜(PEM)水電解器產生的常壓濕氫氣輸送到PEM氫氣電化 學增壓裝置的陽極，在陽極催化層反應區(qū)，在外加直流電通過時氫氣氧化失 去電子形成質子，質子穿過質子交換膜到達陰極，在陰極催化層反應區(qū)得到 電子被還原形成氫氣，通過合理設計電池結構、調控電流密度和輸出氫氣的 流量，可以控制氫氣壓力到設定的高壓值。
氫氣電化學增壓反應熱力學方程式為
，、加
根據氫氣增壓反應熱力學方程式，假設陽極氣流壓力在207KPa，陰極氣 流壓力為20.7MPa，在8(TC工作時，理論工作電壓是E=70mV。 216Mm濕的 Nafion膜，在2000mA/cn^操作時，電阻壓降為360mV，活化過電位是10mV， 可以計算出在PEM氫氣電化學增壓裝置操作狀態(tài)下，總電池電壓降為 70+10+360=440mV。根據前面分析可以看出，氫氣電化學增壓反應是析氫和 溶氫過程，由于析氫和溶氫反應是高度可逆的，所以氫氣電化學增壓理論電 壓很低，電極極化很小。所以氫氣電化學增壓過程中，電池電壓很低的情況 下，電流密度可以很高，氫氣電化學增壓效率很高。
本發(fā)明采用PEM氫氣電化學增壓技術將PEM水電解產生的常壓氫氣增 壓到高壓氫氣的優(yōu)點是1)提高水電解系統(tǒng)的安全性、可靠性。氫氣電化學 增壓裝置產生的高壓氫氣和水電解器是相互獨立的，相對于同樣高壓力差工 作的質子交換膜水電解器而言，質子交換膜氫氣電化學增壓裝置結構相對簡 單，操作安全，可靠性高。在增壓過程中，即使質子交換膜破損，陽極和陰 極互漏，由于只有一種氣體，只要關閉壓力切斷閥，危險相對減小。因此，質子交換膜氫氣電化學增壓裝置可以釆用相對薄的Nafion膜，降低膜內阻， 減少極化和工作電壓。2)提高使用壽命。氫氣電化學壓縮比絕熱壓縮更有效， 因為沒有機械移動部件的引入，具有更長的壽命和免維修的優(yōu)勢。3)提高電 解效率。在氫氣電化學增壓裝置中，隨著陰極產生氫氣壓力增加，電池的效 率降低和氫氣壓力增加的數量級遠小于高壓或高偏壓差工作的水電解器。氫 氣電化學增壓裝置和常壓水電解器聯合工作后，水電解器在常壓工作時可以 低電流密度條件下運行，低電流密度下運行的水電解器的電流效率幾乎接近 100%。
圖7所示的是膜電極組件M1的結構，其中圖7 (a)為正面視圖，圖7 (b)為分解圖；膜電極組件M1由保護邊框M2、陽極催化層M3、質子交換膜 M4和陰極催化層M5熱壓組合而成。由于氫電極高度可逆，陰極催化層M5和 陽極催化層M3相同，由催化劑和粘結劑混合物組成，催化劑為Pt黑或Pt/C， 粘結劑為Nafion 樹脂。質子交換膜M4采用纖維加強型Nafion膜，具有耐 高偏壓差的特性。保護邊框M2邊緣有三個通孔(Pl、 P2、 P3)分別用作低壓 氫氣和高壓氫氣進出流場的通道，可以使用聚酰亞胺、聚酯、聚砜等高分子 薄模材料，邊框起到保護中間質子交換膜的作用，同時還有密封和絕緣的作 用。
圖8為陽極密封環(huán)A4的結構示意圖，圖9為陰極密封環(huán)C4的結構示意 圖；其中，圖8 (a)和圖9 (a)是正面視圖，圖8 (b)和圖9 (b)是背面 視圖。密封環(huán)是面密封結構，主要功能是配合膜電極和流場板進行陽極側和 陰極側氫氣的密封以及各進出口通孔之間的密封。密封環(huán)A4或C4上有三個 通孔P1、 P2、 P3，如圖8 (b)所示，陽極密封環(huán)A4背面的P1、 P2通孔內側 具有導流缺口；如圖9 (b)所示，陰極密封環(huán)C4背面的P3通孔內側具有導 流缺口，密封環(huán)連接后三個通孔的導流缺口構成氫氣進出流場的分配歧管。 密封環(huán)A4或C4可選用硅橡膠、氟橡膠、改性聚四氟乙烯材料制作。
圖IO所示的是絕緣緩沖墊的結構；其中圖10 (a)為陽極絕緣緩沖墊 A2、圖10 (b)為陰極絕緣緩沖墊C2的結構示意圖；陽極絕緣緩沖墊A2邊緣有3個通孔P1、 P2、 P3，分別用于低壓和高壓氫氣進出口的導流通道，陽極 絕緣緩沖墊A2的3個通孔Pl、 P2、 P3四周和前端板上的密封結構相互配合 完成密封作用。如圖10 (b)所示，陰極絕緣緩沖墊C2上沒有通孔，因為它 與后端板C1之間不需要進行密封，主要起絕緣緩沖作用。陽極和陰極絕緣緩 沖墊將電池堆中間通電工作部分與前端板Al和后端板Cl之間絕緣，同時對 整個電池堆的高壓力差環(huán)境起緩沖作用。陽極和陰極絕緣緩沖墊可以使用硅 橡膠、氟橡膠、改性聚四氟乙烯等多種絕緣材料加工制作。
圖11中，圖11(a)所示為陽極導電板A3;圖11(b)所示為陰極導電板C3
的結構，導電板采用耐蝕高導電合金制造，外部電源通過其提供氫氣電化學 增壓裝置所需電能。同樣，陽極導電板A3邊緣有3個通孔P1、 P2、 P3，分別 用于低壓和高壓氫氣進出口的導流通道。陰極導電板C3邊緣沒有通孔。陽極 導電板A3和陰極導電板C3邊緣各有一個極耳，分別與外部電源的正負極連 接，用于引入外部電源。
圖12所示為前端板Al的結構示意圖；圖13所示為后端板Cl的結構示 意圖。其中，圖12 (a)和圖13 (a)是正面視圖；圖12 (b)和圖13 (b) 是背面視圖。前端板A1、和后端板C1的作用是支撐、固定電池堆中間其它部 件，它們的邊緣均布有若干邊緣孔，用于穿螺桿鎖緊電池堆。前端板內側邊 緣設置有密封槽，采用0型密封結構形式，與絕緣緩沖墊之間起到密封作用， 其邊緣孔的內側還有3個通孔分別對應P1、 P2、 P3，用于低壓氫氣和高壓氫 氣的注入與導出。3個通孔也可分別開在A1和C1上，例如，將P1、 P2開在 Al上，將P3開在C1上；相應地，前、后絕緣緩沖墊A2、 C2通孔位置也需 調整，但這對電池功能并無影響，只是改變了電池內氫氣的導入和導出的方 向。Al、 Cl材料可以使用較厚的金屬、高分子聚合物板材加工制作。
本發(fā)明質子交換膜氫氣電化學增壓裝置可以直接和常壓水電解器裝在同 一個電堆或系統(tǒng)中，作為高壓水電解器使用，它既克服了傳統(tǒng)高壓水電解系 統(tǒng)需要機械壓縮系統(tǒng)或高壓水泵的缺點，又繼承了產生高壓氫氣的優(yōu)點，減 化了高壓水電解的系統(tǒng)結構，降低了系統(tǒng)的體積和重量，提高了高壓水電解系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時，質子交換膜氫氣電化學增壓裝置還可以進行 不純氫氣的提純，制備高純氫氣。產生的高壓氫氣可以直接儲存在氣瓶內， 滿足固定式或者交通運輸使用，包括交通運輸工具和加氫站。
權利要求
1、一種質子交換膜氫氣電化學增壓裝置其特征在于，該裝置包括陽極絕緣緩沖墊[A2]、陽極導電板[A3]、陽極密封環(huán)[A4]、帶擴散層的陽極流場板[A5]、膜電極[M1]、帶擴散層的陰極流場板[C5]、膜電極支撐層[P1]、陰極密封環(huán)[C4]、氣體分隔板[S1]、壓力緩沖彈墊[P2]、陰極密封環(huán)[C4]、氣體分隔板[S1]、陽極密封環(huán)[A4]、帶擴散層的陽極流場板[A5]、膜電極[M1]、帶擴散層的陰極流場板[C5]、膜電極支撐層[P1]、陰極密封環(huán)[C4]、氣體分隔板[S1]、壓力緩沖彈墊[P2]、陰極密封環(huán)[C4]、陰極導電板[C3]、陰極絕緣緩沖墊[C2]依次堆疊組成的電池堆；所述電池堆的兩端分別安裝前端板[A1]和后端板[C1]；前端板[A1]和后端板[C1]的外緣大于上述電池堆的其它部件，其突出于電池堆部件的區(qū)域等距離設置有若干邊緣孔，分別安裝螺桿，鎖緊電池堆。
2、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述前端板[Al]、陽極絕緣緩沖墊[A2]、陽極導電板[A3]、陽極密封環(huán)[A4]、陰極密 封環(huán)[C4]、分隔板[S1]或膜電極[M1]的邊緣設置有三個通孔，由所述陽極密 封環(huán)[A4]或陰極密封環(huán)[C4]對三個通孔四周進行密封或提供導流缺口 。
3、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述電池 堆的單體數可重復疊加；電池堆疊加時，相鄰堆疊部件上對應的通孔由陽極 密封環(huán)[A4]或陰極密封環(huán)[C4]密封連接后構成低壓氫氣和高壓氫氣進出通道 的分配歧管。
4、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述前端 板[A1]內側邊緣設置有密封槽，采用0型密封結構形式；所述前端板[A1]上 的3個通孔可分別開在前端板[A1]和后端板[C1]上，相應地，前絕緣緩沖墊 [A2]、后絕緣緩沖墊[C2]的通孔位置也作調整。
5、 根據權利要求1或4所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述 前端板[Al]、后端板[C1]選用以下材料的一種陽極化表面處理硬質鋁合金板、不銹鋼、高分子聚合物板材。
6、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述支撐 層[P1]是薄型多孔金屬網結構，可以是圓形網眼、菱形網眼或者編織網。
7、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述壓力 緩沖彈墊[P2]是三層薄型金屬網疊加組成的交叉網眼結構，或者是多層網眼 結構組合。
8、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述帶擴 散層的陽極流場板[A5]或帶擴散層的陰極流場板[C5]的中間部分是流場溝槽；外圍由陽極密封環(huán)[A4]或陰極密封環(huán)[C4]對進出流場的氫氣密封，陽極 密封環(huán)[A4]或陰極密封環(huán)[C4]上設置有通孔[P1]、 [P2]、 [P3];這些通孔同 其它相鄰堆疊部件上對應的通孔密封連接后構成低壓氫氣和高壓氫氣進出通 道的分配歧管。
9、 根據權利要求1或8所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述帶擴散層的陽極流場板[A5]或帶擴散層的陰極流場板[C5]是單面流場板，其中，與膜電極[M1]接觸的一面是平面；與膜電極相背對的一面中間部分是流場溝槽，是氫氣進出的流道；帶擴散層的陽極流場板[A5]的流場溝槽的邊緣 具有兩個導流溝槽[El]、 [E2]，分別用于低壓氫氣進出流場的出入口；帶擴 散層的陰極流場板[C5]流場溝槽的邊緣有一個導流溝槽[E3]，用于高壓氫氣 流出流場的出口；所述導流溝槽[El]、 [E2]、 [E3]上的導流缺口將中間流場 溝槽與通孔直接連通。
10、 根據權利要求1或8所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所 述帶擴散層的陽極流場板[A5]或帶擴散層的陰極流場板[C5]是多孔透氣、透 水性金屬材料，厚度為0.8 3mm，用粉末燒結、軋制、鑄模等方法加工而成; 流場溝槽為線條形、或圓環(huán)形、或點狀。
11、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述膜電極組件[M1]由保護邊框[M2]、陽極催化層[M3]、質子交換膜[M4]和陰極催 化層[M5]、保護邊框[M2]依次疊加;保護邊框[M2]邊緣有三個通孔[Pl] 、 [P2]、 [P3],分別用作低壓氫氣和高壓氫氣進出流場的通道；保護邊框[M2]采用以下高分子薄模材料中的一種聚酰亞胺、聚酯、聚砜。
12、 根據權利要求ll所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述陽 極催化層[M3]或陰極催化層[M5]由催化劑和粘結劑混合物組成，催化劑為Pt黑或Pt/C，粘結劑為Nafior^樹脂；所述的質子交換膜[M4]采用纖維加強型 Nafion膜。
13、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述陽 極密封環(huán)[A4]或陰極密封環(huán)[C4]上具有三個通孔[P1]、 [P2]、 [P3]，所述的 陽極密封環(huán)[A4]背面的通孔[P1]、 [P2]內側具有導流缺口；所述的陰極密封 環(huán)[A4]背面的通孔[P3]內側具有導流缺口 ，密封環(huán)連接后三個通孔的導流缺 口構成氫氣進出流場的分配歧管；所述的陽極密封環(huán)[A4]或陰極密封環(huán)[C4] 可選用以下材料的一種硅橡膠、氟橡膠、改性聚四氟乙烯材料。
14、 根據權利要求l所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述陽極絕緣緩沖墊[A2]邊緣有3個通孔[P1]、 [P2]、 [P3]，分別用于低壓和高壓 氫氣進出口的導流通道；3個通孔四周和前端板[A1]上的密封結構相互配合 完成密封作用。
15、 根據權利要求1或14所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述陽極絕緣緩沖墊[A2]和陰極絕緣緩沖墊[C2]選用以下絕緣材料的一種硅 橡膠、氟橡膠、改性聚四氟乙烯。
16、 根據權利要求1所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述陽極導電板[A3]邊緣有3個通孔[P1]、 [P2]、 [P3]，分別用于低壓和高壓氫氣 進出口的導流通道；所述陽極導電板[A3]或陰極導電板[C3]邊緣各具有一個 極耳，分別與外部電源的正負極連接。
17、 根據權利要求1所述的氫氣電化學增壓裝置其特征在于所述前端板[A1]邊緣孔的內側有3個通孔，分別對應[Pl]、 [P2]、 [P3]，用于低壓 氫氣和高壓氫氣的注入與導出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種質子交換膜氫氣電化學增壓裝置，包括陽極絕緣緩沖墊、陽極導電板、陽極密封環(huán)、帶擴散層的陽極流場板、膜電極、帶擴散層的陰極流場板、膜電極支撐層、陰極密封環(huán)、氣體分隔板、壓力緩沖彈墊、陰極密封環(huán)、氣體分隔板、陽極密封環(huán)、帶擴散層的陽極流場板、膜電極、帶擴散層的陰極流場板、膜電極支撐層、陰極密封環(huán)、氣體分隔板、壓力緩沖彈墊、陰極密封環(huán)、陰極導電板、陰極絕緣緩沖墊依次堆疊組成電池堆，其兩端為鎖緊電池堆的前、后端板。本發(fā)明將水電解產生的低壓氫氣增壓后可直接儲存使用，取得了降低成本，提高安全可靠性等有益效果。
文檔編號H01M8/04GK101420042SQ200710047429
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權日2007年10月25日
發(fā)明者向 劉, 盧志遠, 偉 張, 東 王, 濤 王, 郭振波 申請人:上海空間電源研究所