[發明專利]太陽能燃料電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201310395046.3
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103531822A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 崔小強;鄭偉濤;王其鈺
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明涉及一種利用表面等離激元共振場增強燃料電池正、負極催化反應的太陽能燃料電池及其制備方法。?

背景技術

隨著我國乃至世界對能源的需求日益增加以及人類對環境質量的關注，采用環保，高效的能源利用方式，積極開發新能源勢在必行。燃料電池是一種能將外界提供的燃料和氧化劑的化學能直接轉換為電能的發電裝置，具有高效，環境友好的特點。但是燃料電池的電極使用的催化劑多為鉑系材料，具有價格昂貴的缺點。此外，燃料電池電極的中毒現象導致的電極的使用壽命降低（1100小時）以及燃料的利用率較低（50%～70%）也是現有的燃料電池存在的問題。因此如何增加電極催化劑的使用效率，防止電池電極中毒增加使用壽命以及增加其燃料的使用率成為人們研究的熱點。?

納米技術在新科技工業領域的應用，很大程度上能夠提高了催化劑的使用效率。因此將燃料電池的電極設計成納米催化劑修飾的電極可以大大提高催化劑的使用效率。?

表面等離激元共振是金屬表面的等離激元波耦合照射光產生的一種共振現象，金屬類別，尺寸，形貌的變化會影響其產生共振作用的光的波長。在一定條件下，表面等離激元作用可以與其表面的吸附物互相作用，進而影響其表面的反應，使表面反應更加徹底，較少中間產物的產生以及對電極的毒化作用，從而增加電極的使用壽命和提高燃料的使用率。近期已經有人將該技術應用于提高工業乙烯環氧化制備效率。?

發明內容

本發明的目的是為克服目前燃料電池存在價格昂貴、電極易毒而導致電極的使用壽命降低，以及燃料的利用率較低的缺陷，提出一種太陽能燃料電池，可實現在可見光下增強燃料電池燃料利用率和提高電極使用壽命。?

本發明太陽能燃料電池，包括設置在聚四氟乙烯框架內的透明工作電極，對電極，密封在透明工作電極和對電極間的電解液和設置在兩極間的Nafion半透膜，通入電解液中的燃料進口和氧氣進口及出口，其特征在于，在所述的透明工作電極內側組裝有粒度為5～500nm的金屬納米粒子層。?

所述的金屬納米粒子層由金、銀、銅、鉑、鈀及合金制備。?

所述的透明工作電極采用ITO導電玻璃制成，所述的對電極采用白金鈦網或Pt片制成。?

所述的電解液為氫氧化鉀溶液或稀硫酸。?

所述的燃料選用氫氣或液態甲醇、乙醇。?

本發明太陽能燃料電池的制備方法，包括以下步驟：?

a.設計合成具有特征吸收波長的不同形貌的金屬納米粒子，配成濃度10M的溶液；?

b.將透明工作電極用丙酮，乙醇，水依次清洗三遍，利用物理吸附原理，將金屬納米粒子溶液滴加組裝到透明電極表面作為工作電極；?

c.以白金鈦網作為對電極，內部電解液為KOH堿性溶液或硫酸溶液；?

d.按照示意圖結構組裝電池，電池的工作電極和對電極距離為1～2.5cm，工作電極和對電極兩側下部各設置有一個玻璃管進氣口，用于通入氧氣和燃料。?

本發明太陽能燃料電池置于可見光光照下工作，工作電壓范圍為-1～1V。?

本發明太陽能燃料電池具有以下優點：?

1、工作電極采用納米催化劑，可以提高催化劑的有效利用率。?

2、合成制備的具有表面等離激元共振性質的金屬納米粒子（金、銀、銅、鉑、鈀等及合金）催化劑，在可見光照射作用下，利用產生的表面等離激元共振場增強效果，有效的提高燃料電池電極催化劑的催化效率，提高電極使用壽命。?

3、可以有效的降低燃料電池電極催化劑的使用成本。?

附圖說明

圖1是本發明太陽能燃料電池的結構示意圖；?

圖2是化學法制備金納米球的透射電子顯微鏡圖；?

圖3是化學法制備金納米八面體的透射電子顯微鏡圖；?

圖4是化學法制備銀納米立方體的透射電子顯微鏡圖；?

圖5是在恒電位下，可見光（523nm單波長）光照對金納米球組裝工作電極催化燃料電池反應產生的相應電流曲線；?

圖6是在恒電位下，可見光（630nm單波長）光照對金納米八面體組裝工作電極催化燃料電池反應產生的相應電流曲線；?

圖7是在恒電位下，可見光（410nm單波長）光照對銀納米立方體組裝工作電極催化燃料電池反應產生的相應電流曲線。?

具體實施方式

以下結合附圖給出的實施例對本發明作進一步詳細說明。?

實施例1?