[發明專利]一種碳水化合物堿性燃料電池陽極及其制作方法

有效

• 申請號: 201410822827.0
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104538641A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 劉憲華;楊玉樓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，涉及一種在金屬鎳網上摻雜并固定化紫精化合物用于制備堿性燃料電池陽極的方法。

背景技術

碳水化合物堿性燃料電池是一種在堿性介質中，將碳水化合物中的化學能直接轉換成電能的電化學反應裝置，燃料電池是唯一同時兼具無污染、高效率、適用廣、無噪聲和可連續工作的動力裝置,因而目前受到世界各國的普遍重視，被認為是21世紀最有發展前景的高效清潔發電技術。

陽極催化劑作為堿性燃料電池的核心組件，對提高電池性能和穩定性具有十分重要的作用。選擇堿性燃料電池的陽極催化劑，其首要條件是具有較好的催化活性，其次是該材料在堿性介質中有較好的化學穩定性。堿性燃料電池陽極催化劑的發展經歷了貴金屬催化劑、鎳基催化劑、合金和多金屬催化劑、氫化物電催化劑和基于納米材料的電催化劑幾個階段。近年來，針對貴金屬催化劑造價高、穩定性低、易與副產物結合導致催化劑中毒等缺點，越來越多的研究集中于在堿性介質中以金屬鎳為陽極催化劑來替代貴金屬催化劑。Fleischmann等人(M.Fleischmann,K.Korinek,and?D.Pletcher,J.Electroanal.Chem.,31,39,(1971).)首次研究了以金屬鎳為電極的大多數可氧化有機化合物的氧化反應。反應機制是在堿性介質中，金屬鎳表面會形成Ni(OH)2/NiOOH氧化還原電對，而NiOOH對可氧化有機化合物具有催化活性。類似的機制也被Luo(P.Luo,F.Zhang,and?R.P.Baldwin,Anal.Chim.Acta,244,169(1991))等人提出，可以解釋堿性介質中以金屬鎳為電極葡萄糖在陽極的氧化。此外，研究顯示一類稱為紫精(1,1’－二烷基－4,4’－二吡啶鹽)的有機化合物在堿性溶液(PH＞10)中顯示出催化性并且可以快速地將電子從碳水化合物傳遞到金屬電極。但是，紫精類化合物具有毒性，對生態環境也有很大的危害性，因此如果將其固定在金屬鎳陽極上，不僅可以增加局部紫精化合物的濃度提高催化反應效率，也可以實現紫精化合物的重復利用，達到提高燃料電池陽極性能、節省成本、消除生態環境污染的目的。因此，發明一種將紫精化合物固定于陽極的廉價、高效、清潔、規范的燃料電池陽極制備方法方法將顯得非常有必要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對上述存在問題，提供一種將紫精化合物固定于金屬鎳網的廉價、高效、清潔、規范的燃料電池陽極制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種將紫精化合物與鎳網在堿性介質中對碳水化合物的催化作用相結合而制備的陽極，使紫精化合物固定于鎳網上，既提高了鎳網的催化活性，又消除了紫精化合物對環境的污染。從空氣側至電解液側依次由金屬鎳層和多孔碳層兩層薄膜組成。

本發明以碳水化合物為燃料的堿性燃料電池陽極的制備方法，步驟如下：

1)按多孔碳與甲基紫精溶液的質量比為1:1～3的比例稱取多孔碳粉末與甲基紫精溶液，加入無水乙醇，直到無水乙醇將多孔碳粉末與甲基紫精溶液的混合物浸沒并高出多孔碳粉末與甲基紫精溶液的混合物1～2cm的高度，然后超聲、攪拌25～30分鐘，使多孔碳與甲基紫精在無水乙醇中充分混合；

2)向上述溶液中滴加60％的聚四氟乙烯乳液，使多孔碳與60％的聚四氟乙烯乳液的質量比為1:0.5～0.8，然后繼續超聲攪拌25～30分鐘至充分混勻；

3)取鎳網，將其放入上述混合均勻的溶液中，使鎳網被完全浸沒，放置25～30分鐘后用鑷子取出鎳網，并使其自然風干，剩余的混合物留待備用；

4)將上述剩余混合物置于80～100℃水浴鍋中進行水浴加熱，并不斷地進行攪拌，直到混合物可以用玻璃棒挑起、成粘稠的泥狀物質；

5)將上述泥狀物質揉捏均勻，在輥壓機上滾壓成指定2～4mm厚度的多孔碳薄層；

6)制作好多孔碳薄層后，將其平鋪在鎳網上，然后在輥壓機上將其滾壓固定，直到最終厚度為3～5mm，即可制得上述堿性燃料電池陽極。

所述甲基紫精濃度為1～30mM，聚四氟乙烯乳液的重量百分比濃度為60％，多孔碳與甲基紫精溶液的質量比為1:1～3，多孔碳與聚四氟乙烯乳液的質量比為1:0.5～0.8。