[發(fā)明專利]利用導(dǎo)電聚合物修飾碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑的燃料電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910098410.3
• 申請(qǐng)日: 2009-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN101552345A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洲鵬;秦海英;勞紹江;郭巖鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/10
• 分類號(hào): H01M8/10;H01M4/88;H01M4/90;B01J31/28;B01J37/16
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 唐銀益

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種利用導(dǎo)電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑的直接液體燃料電池。

背景技術(shù)

采用質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)的直接液體燃料電池(DLFC)，無(wú)需經(jīng)過(guò)卡諾循環(huán)，直接將儲(chǔ)存在液體燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽且环N新型的綠色能源技術(shù)。DLFC除了具有其他燃料電池所共有的能量轉(zhuǎn)換效率高、低排放、無(wú)污染和無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)，另外還具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)：常溫使用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、燃料攜帶補(bǔ)給方便、體積和重量比能量密度高和紅外信號(hào)弱。尤其適合作小型可移動(dòng)及便攜式電源，在國(guó)防、通訊、電動(dòng)車等方面有極佳的潛在應(yīng)用前景。其中DLFC的液體燃料包括：堿性硼氫化鈉溶液，肼溶液，甲醇溶液，乙醇溶液，甲酸溶液等，本發(fā)明涉及的液體燃料主要是堿性硼氫化鈉溶液和堿性肼溶液。

通常低溫燃料電池都需要以貴金屬材料為催化劑。為降低催化劑的成本，主要從以下兩個(gè)方面展開工作：a.提高鉑的利用率，降低其擔(dān)載量；b.尋找新的價(jià)格較低的非貴金屬催化劑。為了降低電極鉑用量，通常電極采用高比表面炭為載體制備高分散的鉑/炭催化劑，以增加鉑的表面積，提高鉑的利用率。對(duì)非貴金屬催化劑的研究主要集中在含過(guò)渡金屬氧化物、含過(guò)渡金屬的大環(huán)化合物和過(guò)渡金屬等，其中，MnO₂和Ag雖然具有較好的催化活性，但是與鉑相比還是具有一定的差距(Liu等，Journal?of?Power?Sources，2007，164：100；Feng等，Electrochemistry?Communication?2005，7：449)；另外氮化物、硫化物、硼化物以及硅化物等用作低溫燃料電池催化劑也有報(bào)道，但這些催化劑的性能比較差，研究也比較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用導(dǎo)電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑的直接液體燃料電池。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

提供一種利用導(dǎo)電聚合物修飾碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑的燃料電池，包括以泡沫鎳作為基體的負(fù)極和以經(jīng)憎水處理的碳紙或碳布作為基體的正極，所述負(fù)極通過(guò)以下方式制得：將導(dǎo)電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑、水、濃度為5wt％的全氟磺酸基樹脂溶液和無(wú)水乙醇按照1∶3∶7∶3～1∶6∶7∶6的質(zhì)量比例混合調(diào)制成漿料，涂覆到泡沫鎳上，自然晾干即可；

所述導(dǎo)電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑通過(guò)以下步驟制得：

(1)導(dǎo)電聚合物修飾的碳載體的制備

將碳材料分散到水、甲醇或者氯仿中配成懸濁液，其質(zhì)量比為1∶10～30；加入冰乙酸或者鹽酸調(diào)節(jié)pH值為1～4，室溫?cái)嚢?0～30min；按與碳材料的質(zhì)量比為1∶4～1∶5加入吡咯或噻吩攪拌5～10min，然后加入濃度為3～30wt.％的H₂O₂或者FeCl₃水溶液20～50ml，作為聚合反應(yīng)的引發(fā)劑，室溫?cái)嚢?～10h；產(chǎn)物用溫去離子水洗滌，真空干燥后制得導(dǎo)電聚合物修飾的碳載體；

(2)導(dǎo)電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑的制備

取前述導(dǎo)電聚合物修飾的碳載體與去離子水配成懸濁液加入三頸燒瓶，其中碳載體與去離子水的質(zhì)量比為1∶15～1∶25；再加入鈷鹽溶液，其中碳載體與鈷鹽的質(zhì)量比為1∶0.2～1∶1，攪拌回流加熱至70～90℃；緩慢加入濃度為0.5M的堿性硼氫化鈉溶液20ml作為還原劑，劇烈攪拌30～60min后，自然冷卻；用去離子水洗滌過(guò)濾后，真空70～90℃干燥6～12h后制得導(dǎo)電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑。

作為一種改進(jìn)，所述鈷鹽為下述中的任意一種：無(wú)機(jī)鈷鹽：硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷，或有機(jī)鈷鹽：草酸鈷、醋酸鈷。

作為一種改進(jìn)，所述正極通過(guò)以下方式制得：將導(dǎo)電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑、水、濃度為10wt％的聚四氟乙烯乳液和無(wú)水乙醇按照1∶3∶7∶3～1∶6∶7∶6的質(zhì)量比例混合調(diào)制成漿料涂覆在經(jīng)憎水處理后的碳布或碳紙上，350℃烘1～2h后，自然冷卻至室溫即可；所述的導(dǎo)電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復(fù)合催化劑的擔(dān)載量為0.5～15mg?cm^-2。

作為一種改進(jìn)，所述作為正極基體的經(jīng)憎水處理的碳紙或碳布的制備過(guò)程如下：將碳紙或者碳布浸沒(méi)在10wt.％聚四氟乙烯乳液中，浸漬2～4min后，用濾紙吸干殘余的聚四氟乙烯乳液，將基體放入馬弗爐中350℃煅燒1～2h，自然冷卻至室溫即可。