燃料电池混合电极结构 【技术领域】
本发明涉及燃料电池，尤其是以B化合物(BH4)为燃料的燃料电池系统中，能提高燃料利用效率的燃料电池混合电极结构方面的发明。
背景技术
人类使用的能量当中，其大部分是从化石燃料中提取的。但是，这些化石燃料的使用，导致了大气污染以及酸性雨和地球温化等问题，对环境起到非常恶劣的影响，而且，化石燃料本身还存在能量效率低等问题。
燃料电池是为了解决化石燃料存在的问题而提出来的。它不同于一般的电池(2次电池)，燃料电池是从外部向阴极提供燃料(氢气或者是碳氢化合物)，向阳极提供氧气，并通过水的电分解逆反应进行电化学反应，产生电和热量的电池体系。其实质就是发电装置。
燃料电池的发电方法，不是通过燃料的氧化反应来完成的，而是通过氢气和氧气的电化学反应，通过反应之后将前后地能量之差直接转换成电能。
根据电解质膜，燃料电池分成以下几种：
在摄氏200度左右反应的磷酸型燃料电池。
在摄氏60度---摄氏110度中反应的碱性燃料电池。
在常温----摄氏80度中反应的高分子电解质燃料电池。
在约500度----700度的高温中反应的熔融碳酸盐电解质型燃料电池
在1000度以上的高温下反应的固体氧化物燃料电池等。
这些燃料电池，如图1所示，通常包含以下结构：根据氢气和氧气的电化学反应产生电能的具备有燃料极12和空气极13的燃料电池堆10；包含有氢气的水溶液状态的硼烷(BH4)，实际上是将硼氢化钠提供给燃料极12的燃料供应部20；将包含有氧气的空气提供给空气极13的空气供应部30；将燃料电池堆生成的电能提供给负荷的电能输出部40。
燃料电池堆10是叠层多个单元电池，利用安装螺丝将每个单元电池连接组装而成的。每一个单元电池包含一个如下结构：电解质膜11；中间有电解质膜11高温高压压缩于电解质的两侧，一体化叠层而成的燃料极12和空气极13；叠层在其燃料极12和空气极13的外侧，并且使燃料和空气各自同燃料极12和空气极13接触并能够进行循环的分离板14、15；在两侧末端单元电池的外面设置有形成集电电极的集电板16、17。
电解质膜11使用了通过氢离子的高分子介质的膜。比如说，在湿润状态下使用带导电性的高分子离子交换膜。
燃料极12和空气极13由一个支持体和叠层了其支持体两侧面全部的一个催化剂层构成。支持体是金属镍，催化剂层是涂覆储氢合金(MH)系列的金属构成的。
分离板14、15如图2、3、4所图示，使用了导电性能良好，耐腐蚀性能强的石墨之类的物质。接触在燃料极12和空气极13上的各内C侧面形成有使燃料通过的燃料通道Cf和使空气通过的空气通道Co。设置在单元电池之间的分离板14、15在一侧上形成燃料通道Cf，在另一侧上形成空气通道Co。设置在燃料电池堆10两侧端上的分离板14、15只有在内侧面上形成燃料通道Cf或者是空气通道Co。
集电板16、17是为了从燃料电池堆10中提取电能。因此，通常使用铜之类的导电体。
21表示燃料供给管，22表示燃料桶，23表示燃料泵，31表示空气供给管，32表示空气泵，M表示主要组装体。。
给现有的燃料电池堆提供B化合物作为燃料时，电能产生过程如下：
提供给分离板14、15的燃料通道Cf和空气通道Co上的燃料和空气在各自通过每个燃料极即阴极12和空气极即阳极13，在这段过程当中，燃料中的氢气和空气中的氧气进行电化学反应产生水，同时，在两个电极之间产生电流。
在燃料极12侧上发生电化学氧化反应，反应式如下：
根据在电解质膜11上产生的氧化/还原反应传送离子。
在空气极13上产生空气(氧气)的电化学还原反应，反应式如下：
在燃料极12和空气极13之间产生电能，其电能通过设置在叠层有多个单元电池的燃料电池堆10两端上的集电板16、17输出，从集电板16、17上输出的电流提供到负荷。
但是，现有燃料电池堆，燃料极12是单一体形成的，如果燃料电池堆10内部存在有两种以上不同种类的反应物质时，由于其电极特性不通，因此就不能有效发挥两个物质的性能。特别是，在燃料电池系统，如果使用储氢合金的电极，就不能够有效利用反应当中产生的氢气，而是将产生的氢气如实排出。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种燃料电池的混合电极结构，不仅能够有效利用燃料电池堆内部存有的各种反应物质，同时，即使是在燃料电池系统的情况之下，也能够将反应当中产生的氢气有效利用。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种燃料电池混合电极结构，包括中间有电解质膜，并叠层形成的燃料极和空气极，提供到燃料极和空气极外周面的燃料和空气通过燃料极和空气极，在产生水的同时产生电，将燃料极分离成至少两个以上电极部，并将每个电极部用不同的物质进行叠层。
所述燃料极的电极部表面积不同。
同燃料首先接触的燃料极的电极部的表面积大于同燃料最后接触的电极部的表面积。
所述燃料极将不同电极部相互邻接。
一种燃料电池混合电极结构，包括高分子电解质膜位于中间，并且在其两侧各自叠层有燃料极和空气极，在向燃料极提供水溶液状态的硼烷BH4的同时，向空气极提供空气，燃料和空气通过燃料极和空气极，在产生水的同时产生电，燃料极包含以储氢合金为催化剂层的第一电极部和以铂金为催化剂层的第二电极部。
燃料极的第一电极部的表面积大于第二电极部的表面积。
所述燃料极使第一电极部和第二电极部相互邻接连续排列。
本发明的燃料电池混合电极结构，将燃料极分离成多个由不同物质构成的电极部，可以将在第一电极部的反应当中生成的氢气再次利用在第二电极部上，因而提高燃料电池堆的性能，同时提高燃料的使用效率。
【附图说明】
图1是现有技术的燃料电极一个实施例子的系统图。
图2是现有技术的燃料电极堆部分分解立体图。
图3以及图4是现有技术的燃料电池堆电极堆的纵断面图以及正面图。
图5是发明的燃料电池堆部分立体图。
图6和图7是本发明的燃料电池堆电极堆的纵断面图和正面图。
图中，110：电解质膜；120：燃料极；121：第一电极部；122：第2电极部；130：空气极。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本发明的燃料电池混合电极结构作进一步的详细说明：
如图5所示，根据本发明的燃料电池堆，将电解质膜110置于中间，排列有燃料极120和空气极130。但是燃料极120至少是由两个以上的不同物质构成的复数个电极部121、122构成。
电解质膜110是传送H+高分子材质的膜，例如，使用在湿润状态之下，具有导电性能的高分子离子交换膜。
其中，燃料极120由将支撑体和催化剂层各自分离成多数个的第一电极部121和第二电极部122。第一电极部121为了将水溶液状态的BH4作为燃料，支撑体使用了金属性质的镍，催化剂层使用储氢合金。第二电极部122为了将经过第一电极部121产生的氢气作为燃料，其支撑体使用多孔复写纸或者是碳黑棒，而其催化剂层则采用铂金。
为了使第一电极部早于第二电极部122同燃料(水溶液状态的BH4)接触，应设置在对应于分离板140的燃料通道Cf入口处。当感应出经过第一电极部121产生的氢气的量少于燃料的量的时候，第一电极部121的表面积应该大于第二电极部122的表面积。
在平面上连续排列第一电极部121和第二电极部122，为了使经过第一电极部121的燃料直接连续通过第二电极部122，在每个电极部121、122的对应面相互叠起的状态下，两侧面用分离板140连续压榨固定住。
空气极130和燃料极120可以是由多数个电极部形成，但是考虑到生产工艺等问题，由一个支撑体和叠层在其支撑体两侧上的一个催化剂层形成是最适宜。
空气极130可参照燃料极120的第一电极部121，支撑体用金属镍，催化剂层由储氢合金形成，也可同于第二电极部122支撑体可用多空复写纸或者是碳黑棒，催化剂层用铂金。
分离板140使用导电性能良好、耐腐蚀性好的石墨，同燃料极120和空气极130接触的每个内侧面上形成有使燃料通过的燃料通道Cf和使空气通过的空气通道Co。设置在单元电池之间的分离板140，其一侧设置有燃料通道Cf，另一侧设置有空气通道Co。设置于燃料电池堆两侧端部的分离板140只是在内侧面上设置空气通道Co。
集电板(未图示)是用来输出在燃料电池堆上形成的电能。通常使用铜材质的导电体。
图中与跟现有技术相同的地方，用同一个符号表示。
下面，对根据本发明的燃料电池混合电极结构的反应过程进行说明：
在向燃料极120提供水溶液状态的硼氢化钠(NaBH4)的同时，向空气极130提供含有氧气的空气，在燃料极120的第一电极部121上同电解质膜110进行反应生成离子。这种离子引起电化学反应在生成水的过程当中，在燃料极120的第一电极部121上生成电子，并向空气极130移动产生电，一方面，新产生的气体重新通过第二电极部122，同电解质膜110反应，产生离子，离子依然引起电化学反应，在生成水的同时，移动电子，产生电。
在燃料极120的第一电极部121侧产生电化学氧化反应。反应式如下：
在电解质膜110上移动根据氧化/还反应产生的离子。
在空气极130上产生空气(氧气)的电化学还原反应。反应式如下：
在持续上述反应的过程中，在燃料极120的第一电极部121侧将产生如下副反应：，并在燃料的NaBH4水溶液上产生氢气。
产生氢气再次通过第二电极部122，进行在第一电极部121上产生的H的电化学氧化反应。反应式如下：
在电解质膜110上移动根据氧化/还原反应产生的离子。在空气极130上侧产生空气(氧气)的电化学还原反应。反应式如下：
根据上述过程，在燃料极120和空气极130之间产生电能，产生的电能通过叠层多个单元电池设置在燃料电池堆两端的集电板(未图示)输出，从集电板输出的电流流向负荷。
综上所述，将作为燃料提供硼烷BH4的时候，可以再利用副反应当中生成的氢气。
第一电极部121将有在反应中的1.64V电压；在第二电极部122上取得在反应中的1.23V的电压，因此一共得到2.87V的电压。