[發明專利]一種醇/Fe(III)液流燃料電池及其制造方法

有效

• 申請號: 201510364531.3
• 申請日: 2015-06-29
• 公開（公告）號: CN105140552B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 易清風;陳清華;陽錚
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M4/90;H01M4/92
• 代理公司: 張家界市慧誠商標專利事務所43209
• 代理人: 高紅旺

技術領域

本發明屬于新能源技術與燃料電池技術領域，具體涉及到一種醇/Fe(III)液流燃料電池及其制造方法。

背景技術

燃料電池是一種新型的發電裝置，其主要優點有：（1）燃料電池是通過燃料與氧化劑的化學反應直接將化學能轉變成電能，沒有中間的能量轉化環節，因而這種發電方式能量轉化效率高；（2）燃料電池發電過程，機械部件很少，噪聲低；化學反應的排出物主要是水蒸氣等潔凈的氣體，不會污染環境；（3）燃料電池中所使用的燃料，既可是天然氣、煤氣和液化燃料，也可以是醇、沼氣乃至木柴。可根據不同地區的具體情況，選用不同的燃料用于燃料電池的發電系統，因此燃料來源廣；（4）燃料電池從中斷運轉到再啟動，輸電能力回升速度快，并可在短時間內增加和減少電力輸出；（5）燃料電池的組裝、拆裝都很方便，可節省建電站的時間。以醇為燃料的燃料電池具有燃料來源廣泛、容易存儲、能量密度高等優點，受到人們廣泛關注。這類醇燃料電池以醇的氧化反應為陽極反應、以某一氧化劑的還原反應為陰極反應來實現化學能轉換為電池的過程。其中，醇氧化反應的催化劑主要是鉑和鈀，鉑在酸性和堿性溶液中都對醇氧化反應具有催化活性，但醇氧化過程中的中間產物會吸附在鉑催化劑表面，使鉑催化劑中毒而失去活性，加上鉑的價格昂貴和資源稀少，嚴重限制了鉑催化劑的實際應用。鈀只有在堿性溶液中才對醇氧化具有催化活性，但金屬鈀相對于鉑來說，成本要較低，其在地球上的資源相對要豐富，而且鈀在催化醇氧化過程中的毒化效應不明顯。因此，在堿性溶液中，鈀是醇氧化的優異的電催化劑。但為了進一步降低成本，進一步提高鈀催化劑的催化活性，將鈀和其它金屬形成雙元或多元復合物，并分散成納米顆粒是充分利用鈀催化劑的最有效的途徑。在這類醇厚燃料電池中，其陰極反應一般是氧氣（或空氣）的還原，但氧氣還原的動力過程很慢，其主要表現就是陰極反應，即氧還原反應的電流密度很小，大大限制了電池的放電性能。此外，氧還原反應的催化劑容易受到陽極液的污染而活性導致活性明顯下降。因此，尋找新的、可以替代的陰極反應具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種液體流動型的醇/Fe(III)燃料電池,該電池結構簡單，電池維護方便，成本降低。本發明還提供了一種液體流動型醇/Fe(III)燃料電池的制備方法。

為實現上述目的，本發明的實施方案為：一種液流型醇/Fe(III)燃料電池，其特征在于，將碳負載的鈀納米顆粒(Pd/C)粘貼在不銹鋼網表面作為陽極，以石墨片作為陰極，陽極與陰極之間用離子交換膜隔開,陽極室內的陽極液和陰極室內的陰極液分別通過循環壓力泵進行流動。

所述陽極液為含醇的1mol L^-1 NaOH溶液。所述醇為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇或仲丁醇。

所述陰極液為含Fe(III)的1mol L^-1 NaCl溶液。

本發明還提供一種液流型醇/Fe(III)燃料電池的制造方法，包括以下步驟：

(1) 稱取鈀負載量為40%（wt%）的鈀碳（Pd/C）催化劑顆粒與碳粉混合，加入無水乙醇，超聲分散1小時，隨后攪拌1小時，超聲過程中慢慢滴加質量百分比60%的聚四氟乙烯乳狀液，使混合物形成膏狀物；將膏狀物碾壓成片狀，在空氣中晾干, 均勻放置在不銹鋼網的兩個表面上，隨后用壓片機在 30MPa下壓成所需要的片狀樣品；將該片狀樣品放置馬弗爐中，緩慢升溫至400℃燒結2h，即得到電池的陽極；所述鈀碳（Pd/C）催化劑顆粒、碳粉、無水乙醇和聚四氟乙烯乳狀液的配比為120mg：130mg：10～25 ml：0.15～0.22mL。

（2）將石墨片為陰極，置于陰極液中，將陽極置于陽極液中，用離子交換膜Nafion117將陰極和陽極隔開，組成醇/Fe(III)燃料電池。所述陽極液為含醇的1mol L^-1NaOH溶液，所述陰極液為含Fe(III)的1mol L^-1 NaCl溶液。所述石墨片的面積為陽極面積的2倍。

為保證電池在放電過程中，由于電極表面的電活性物質的濃度下降所產生的極化，并導致放電性能下降的現象，將陽極液和陰極液在電池內進行循環流動，這樣既保證了物質濃度的基本穩定，也避免了陽極液和陰極液通過離子交換膜Nafion117可能進行的相互滲透的現象發生。