[發(fā)明專利]一種合金?TiO2納米管/Ti陽極直接甲醇燃料電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410191708.X
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN104037428B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鞠劍峰;石玉軍;高強(qiáng);吳東輝;蘇廣均;華平;李建華
• 申請（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 張曉霞

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直接甲醇燃料電池。

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背景技術(shù)

直接甲醇燃料電池（Direct?Methanol?Fuel?Cell,?DMFC）具有能耗少、能量密度高、甲醇來源豐富、價(jià)格便宜、系統(tǒng)簡單、運(yùn)行便捷和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來汽車動(dòng)力和其它交通工具最有希望的化學(xué)電源，引起人們的廣泛關(guān)注。DMFC最關(guān)鍵的材料之一是電極催化劑，它直接影響電池的性能、穩(wěn)定性、使用壽命及制造成本。貴金屬Pt在低溫條件下（小于80℃）具有優(yōu)異的催化性能，目前DMFC的電極催化劑均以Pt為主要成分，其中PtRu催化劑比純Pt具有更強(qiáng)的抗CO中毒性能和更高的催化活性，被認(rèn)為是目前DMFC最佳的催化劑，但是由于其價(jià)格昂貴、Ru易溶等缺陷，在DMFC中的利用率還達(dá)不到商業(yè)化的要求。人們進(jìn)行了大量研究制備多元復(fù)合催化劑以提高其催化活性，提高抗CO毒化能力。TiO₂摻雜如PtRuTiO_X/C?和Au/TiO₂PtRu催化劑或作為載體如PtNi/TiO₂、PdAg/TiO₂、PdNi/TiO₂等，可以減少催化劑中貴金屬Pt的用量或制備非鉑催化劑，降低催化劑制造成本，提高催化性能和抗CO毒化能力，具有應(yīng)用前景。PdNi合金、PdCo合金、RuNi合金、RuAg合金、PdAg合金等沉積到TiO₂納米管表面,?合金-TiO₂納米管/Ti用作直接甲醇燃料電池陽極，對甲醇具有良好的催化性能和抗CO毒化性能，還未見報(bào)道。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可降低直接甲醇燃料電池催化劑成本，提高其催化活性和抗CO毒化能力的合金-TiO₂納米管/Ti陽極直接甲醇燃料電池。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種合金-TiO₂納米管/Ti陽極直接甲醇燃料電池，?包括電池外

殼（1），電池外殼中設(shè)置膜電極（4），外殼（1）與膜電極（4）之

間為空氣室（2），膜電極（4）內(nèi)設(shè)置電解液室（6），其特征在于：

所述膜電極（4）由外至內(nèi)依次陰極擴(kuò)散層（7）、陰極催化劑層（8）、Nafion膜（9）及合金-TiO₂納米管/Ti陽極，所述合金-TiO₂納米管/Ti陽極由多孔鈦管（10）、TiO₂納米管（11）、電鍍沉積的納米合金層（12）組成；合金-TiO₂納米管/Ti陽極首先由多孔鈦管內(nèi)層陽極氧化形成TiO₂納米管，然后電鍍沉積納米合金而成；

陰極擴(kuò)散層（8）與電池外殼（1）通過焊接點(diǎn)連接設(shè)置為陰極輸出端（3），陽極擴(kuò)散層與電池外殼通過焊接點(diǎn)連接設(shè)置為陽極輸出端（5），外殼的電解液室部位設(shè)置加料孔（15）及加料密封蓋（16），外殼的空氣室（2）部位設(shè)置空氣流通孔（13），外殼的空氣室（2）底部設(shè)置水排放孔（14），外殼的陽極擴(kuò)散層底部設(shè)置CO2排放孔（17）。

進(jìn)一步的：所述陰極輸出端（3）采用不銹鋼、銅或鈦材料，陽極輸出端（5）采用不銹鋼、銅或鈦材料；加料密封蓋（16）采用聚四氟乙烯。

用于所述直接甲醇燃料電池的合金-TiO₂納米管/Ti陽極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）多孔鈦管的前處理：丙酮中超聲除油15分鐘，甲醇或乙醇清洗；400?g/L的CrO₃和350?g/L的H₂SO₄處理3分鐘，二次蒸餾水超聲清洗3次，1?mol/L的HF處理10分鐘，二次蒸餾水超聲清洗3次，烘干；

（2）TiO₂納米管/Ti的制備：將處理好的多孔鈦管外層進(jìn)行絕緣處理后在電解液中進(jìn)行陽極氧化；電解液的組成：0.5%-1%的HF，1mol/L的H₂SO₄；電解電位20?V，電解時(shí)間30-120?分鐘；電解完畢，去離子水洗滌，烘干，馬弗爐中500?℃?焙燒3小時(shí)得TiO₂納米管/Ti；