[發(fā)明專利]直接醇燃料電池用管狀陰極的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810035206.2
• 申請日: 2008-03-27
• 公開（公告）號: CN101252192A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 李飛;倪紅軍;何博;周洪;孫寶德
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發(fā)明涉及一種燃料電池技術領域的制備方法，尤其涉及一種直接醇燃料電池用管狀陰極的制備方法。

背景技術

甲醇、乙醇和丙醇等均可作為直接醇燃料電池的燃料，其中，直接甲醇燃料電池與直接乙醇燃料電池因所用的甲醇或乙醇來源廣泛，價格低廉，而且其能量利用效率高，環(huán)境友好的運行方式，常溫可操作性以及便于攜帶等優(yōu)點，從而成為新型燃料電池中的佼佼者，在軍事、交通運輸、電子通訊等領域具有著廣泛的應用前景。傳統(tǒng)的直接醇燃料電池主要由雙極板(主要采用石墨或金屬來制備)、催化-擴散層和聚合物電解質(zhì)膜構成，燃料電池的形狀多為平板式，陰極和陽極的催化-擴散層與膜系采用熱壓方式成型為“三合一”膜電極系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的直接醇燃料電池存在以下缺點：1)石墨或金屬雙極板占整個燃料電池系統(tǒng)的重量和成本的比重較大，不能很好地滿足作為筆記本電腦、手機等小型電源的需要；2)陽極結構不利于反應副產(chǎn)物(如二氧化碳)的排放，而陰極結構也不利于反應副產(chǎn)物(如水)的排出，影響電池在長期工作下的性能穩(wěn)定性。

經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Zhi-Gang?Shao等人在《Journal?of?PowerSources》160(2006)1003-1008上發(fā)表的《A?tubular?direct?methanol?fuelcell?with?Ti?mesh?anode》一文，該文介紹了一種管狀的膜-電極結構。陰極的制備過程是：以管狀的鈦網(wǎng)作為支撐體，在其表面依次以浸漬涂覆的方法，制備擴散層和催化層，然后再在擴散層表面用滴全氟磺酸固體聚合物電解質(zhì)溶液，該溶液固化后成為聚合物電解質(zhì)膜；陽極的制備過程是：以管狀的鈦網(wǎng)作為支撐體，在其表面涂覆以鉑(Pt)為主的金屬氯化物涂層，再將其在450℃下進行熱分解，得到陽極催化劑涂層，再在催化劑涂層表面用滴管涂覆全氟磺酸固體聚合物電解質(zhì)溶液，該溶液固化后成為聚合物電解質(zhì)膜。膜-電極的制備過程是：將管狀陰極和陽極套在一起，其中管狀陰極置于管狀陽極中，將通氣管路與陰極相接后，置于裝有甲醇與硫酸的混合水溶液的容器之中，即可進行發(fā)電測試。該論文為管狀直接醇燃料電池的制作提供了一個全新的思路。管狀直接醇燃料電池與傳統(tǒng)的平板式直接醇燃料電池相比，具有以下幾個優(yōu)點：1)省卻了雙極板，大大降低了燃料電池的重量和成本；2)陽極產(chǎn)生的副產(chǎn)物，如二氧化碳，因無擴散層阻礙，易于排出；3)電池制作過程簡單，不需要膜-電極的“三合一”熱壓過程。但是，該論文中所使用的用于制作陰極的管狀鈦網(wǎng)由德國的Heggemann公司提供，因其純度高(＞99.99％)并且采用激光焊接技術制作，成本較高昂，故難以普及使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種直接醇燃料電池用管狀陰極的制備方法，使采用該方法制作的管狀陰極具有較高的機械強度，而且重量輕、導電性能好、長期運行對直接醇燃料電池無毒害與污染。由于所采用的作為支撐體的材料相對鈦網(wǎng)成本低廉，不需要進口，從而解決了上述不足。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明采用中間相瀝青炭微球為原料，通過凝膠注模成型工藝和浸漬涂覆工藝制備直接醇燃料電池管狀陰極。首先，配制凝膠注模用單體溶液，在單體溶液中加入中間相瀝青炭微球，攪拌均勻得到穩(wěn)定的漿料，將漿料澆注到模具中，保溫至單體與交聯(lián)劑完全反應，得到中間相瀝青炭微球管狀素坯，將素坯烘干、燒結，將燒結好的炭管在丙酮中超聲清洗，得到用于制備直接醇燃料電池管狀陰極的炭管支撐體，在該支撐體表面，采用浸漬涂覆工藝分別制備擴散層和分散劑層，并將聚合物電解質(zhì)膜覆蓋在擴散層表面并在加熱臺上滾壓固化，即得到直接醇燃料電池管狀陰極。

本發(fā)明方法包括如下步驟：

(1)配制凝膠注模用單體溶液，以丙烯酰胺為單體，以N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，以吐溫(Tween?80)作為分散劑，以去離子水為分散介質(zhì)，混合成為單體溶液。

所述單體溶液，其各成分的重量百分比為：單體5％-15％，交聯(lián)劑0.25％-1.5％，分散劑0.4％-4％，分散介質(zhì)94.35％-79.5％。

(2)將中間相瀝青炭微球加到步驟(1)中得到的單體溶液中，通過球磨將各成分混合均勻，得到穩(wěn)定的漿料。

所述中間相瀝青炭微球，其粒徑范圍為5-30微米。

所述漿料，其各成分的重量百分比為：中間相瀝青炭微球40％-80％，單體溶液20％-60％。