3． 部分申请人及公开专利介绍

3．1 中科院所

图3－1 中科院所5月公开专利技术构成

2019年5月，以中科院大连化物所为代表的中科院所在燃料电池领域一共公开专利21件，涉及电堆、储氢等技术分支。下面选取了一篇专利进行介绍，以供读者了解。

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有功率密度高、转换效率高、零排放等优点，同时也面临着成本、寿命和性能等挑战。在PEMFC运行过程中，存在自由基对催化层Nafion的化学破坏所造成的电极结构稳定性降低的问题，耐久性及稳定性仍是制约PEMFC商业化的瓶颈。通过静电纺丝技术优化电极结构是降低Pt担量的有效手段之一，在大连化物所之前的专利CN105633421A已提及到一种质子交换膜燃料电池用低铂催化层的制备方法（采用静电纺丝技术），其制备的催化剂阴极Pt担量为0．2mg／cm＾2的单池最大功率密度为680mw／cm＾2（H2－Air）优于商业化阴极担量为0．54mg／cm＾2的气体扩散电极。

CN109802145A在CN105633421A的基础上进一步优化了催化层电极结构和催化剂浆料组成，制备了具有更高质子传导稳定性以及化学稳定性的新型电极。具体采用的技术方案为：

1． 配制催化剂浆料。其中浆料含Pt／C催化剂、Nafion溶液、聚乙酸（PAA）、和CeO2纳米颗粒，按一定比例超声使催化剂混合均匀，并搅拌一定时间，配成催化剂浆料；

2． 利用静电纺丝技术制备纺丝催化层；

3． 将纺丝催化层转印到211质子交换膜上制备单侧CCM。

其中步骤1）中配制催化剂浆料中所用的PAA质量分数为8％～20％（干重），CeO2质量分数为5％～60％（干重）；浆料中Nafion与碳载体质量之比（I／C）为0．5－0．8（干重），并且，Nafion含量占整体催化剂浆料的质量分数为17％－24％（干重），去离子水的质量分数为1％～20％，异丙醇的质量分数为1％～25％；所用的超声处理时间为2～8h，搅拌时间为12～48h。步骤2）中静电纺丝技术的条件参数控制为，环境温度为室温，环境湿度为20～40％RH，电位9～11kV，进料速度为0．7～1．1mL／h，60～90℃烘箱中干燥1～4h。纺丝催化层经热压（120～160℃，压力0．1～0．5MPa，2～10min）后，测得纺丝电极厚度为1～15μm，Pt担量为0．07－1．5mg／cm＾2。

CN109802145A中的技术原理为：通过采用静电纺丝技术以及合适的高聚物选择，构筑稳定的催化剂结构骨架以及均匀的质子传导网络。同时添加适量的自由基淬灭剂CeO2，在不影响电极性能且使催化剂浆料仍具有可纺性的同时，使得电极具备更高的化学稳定性。与现有技术相比，CN109802145A的优点包括：具有更加优异的质子传导稳定性、更高的电池性能；通过添加适量的自由基淬灭剂，使得电极具有更高的化学稳定性。

 3．2 清华大学

图3－2 清华大学5月公开专利技术构成

2019年5月，清华大学在燃料电池领域一共公开专利17件，涉及电堆，储动力系统，氢系统以及控制、检测系统等技术分支。下面选取了一篇专利进行介绍，以供读者了解。

双极板被称为燃料电池电堆的“骨架”，在燃料电池中起到收集传导电流、分隔反应气体、支撑电池以及冷却等作用。双极板除发挥上述作用外，其设计决定了燃料电池极板的有效面积率，进而决定燃料电池堆的体积功率密度等。双极板设计包括气体和冷却液进出口设计、密封设计、流场设计、电池堆组装定位设计等。传统双极板设计一般将燃料、空气和冷却液进出口外框设计在双极板板材平面内，在密封上需要围绕这些进出口外框进行设计，而发电有效部分流场则位于这些设计所包围的内部，从而这使得传统双极板的进出口及其密封的面积占比较大，发电部分的有效面积率较低。此外，燃料电池的核心发电部件膜电极外框需要与双极板匹配，为降低成本和提高外框部分的机械强度，膜电极外框一般由成本低廉的塑封膜材料构成并需要与膜电极塑封在一起。

图3－3 高效全屏流场双极板示意图（A：双极板的整体结构示意图；B：A中阳极侧单级板／阴极侧单级板的正面结构示意图；C：A中阳极侧单级板的背面结构示意图；D：A中阴极侧单级板的背面结构示意图）

基于此，CN109728320A提供了一种燃料电池用高效全屏流场双极板及其电池堆组装技术设计方案。具体为：高效全屏流场双极板由阳级侧单级板和阴极侧单级板背靠背贴合在一起组成。其中，阳级侧单级板和阴极侧单级板由外轮廓一致的基板构成，基板的四周设置有从基板侧边伸出的凸出部，阳极侧单级板和阴极侧单级板的正面包括设置在基板中心的流场，流场四周至基板的外边缘及凸处部表面为密封粘接区，通过设置在粘接区域的密封件，阳级侧单级板和阴极侧单级板被贴合在一起组成双极板。此外，阳级侧单级板或阴极侧单级板上均设置有气体和冷却液进出口，气体和冷却液进出口分别位于基板的四周边缘；阴极侧单级板的背面中心设置有冷却液流场，冷却液流场的上下两侧分别设置有冷却液流场入口和冷却液流场出口，冷却液流场入口和冷却液流场出口均位于基板的边缘；冷却液流场的外侧至基板的外边缘区域为密封粘接区，密封粘接区上设置有密封件。

图3－4 燃料电池电池堆（a：电池堆组件的结构示意图；b：电池堆的封装结构示意图）

此外，CN109728320A还提供了一种燃料电池电池堆，包括由四个金属封板围城的矩形框，矩形框中设置有电池堆组件。其中电池堆组件包括两个集电板及设置在两个集电板之间的多个的双极板和膜电极，贴合在一起的双极板的凸起部叠合成组件凸起部，矩形框的前后表面设置有端板，端板将电池堆组件封装在矩形框中。组件凸起部将矩形框内的空间分割为空气、冷却液和燃料的进出空间，端板上设置有与进出空间对应的进出口；端板与集电板之间设置有面密封件；相邻的封板之间设置有封板密封件；组件凸起部外侧包覆有框架密封件。金属封板上设置有螺孔，两个相对的金属封板之间的螺孔中穿入有螺杆梁。

在确保燃料电池堆的高效发电基础上，本发明的设计方案大幅提高了双极板的有效面积率、增大了电池堆体积功率密度以及降低了膜电极制备工艺、提高生产效率、增强了设计灵活度等。