[發明專利]金屬半燃料電池用殼聚糖膜電極的制備方法

在審

• 申請號: 201611178835.1
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN108232255A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 董月俠
• 申請（專利權）人: 天津艾博勝環?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M4/88
• 代理公司: 天津津專知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12220
• 代理人: 賀楠

本發明公開了一種金屬半燃料電池用殼聚糖膜電極的制備方法，包括如下步驟：在AuCl₃水溶液中，加入相同體積的無水乙醇，攪拌均勻；將質量比9:1:5的殼聚糖粉末、500目鎳粉及10％醋酸混合均勻；將體積比1:1的上述步驟制備的兩種液體混合，加入濃度1％～10％的交聯劑溶液,形成催化劑漿料；將上述催化劑漿料噴涂于殼聚糖膜一側，然后在真空干燥器中室溫干燥10h～24h，取出，即得到金屬半燃料電池用殼聚糖膜電極。該方法制備的膜電極伸強度大、韌性好、耐堿和耐有機溶劑。經交聯后耐酸和耐熱性優于醋酸纖維素膜，同時無毒、親水性大、制備工藝簡單，催化劑利用率高、極化小。采用該膜電極的金屬半燃料電池有較好的電性能。

技術領域

本發明涉及金屬燃料電池技術領域，更具體地說，涉及金屬半燃料電池用殼聚糖膜電極的制備方法。

背景技術

金屬燃料電池也稱金屬空氣電池，是用金屬燃料代替氫而形成的一種新概念的燃料電池，將鎂、鋁等金屬像燃料氫一樣提供到電池中的反應位置，它們與氧一起構成一個連續的電能產生裝置,金屬燃料電池具有低成本、無毒、無污染、放電電壓平穩、高比能量和高比功率等優點，又有豐富的資源，還能再生利用，而且比氫燃料電池結構簡單。

聚合物電解質膜是雙室結構金屬燃料電池的核心組件，其性能好壞直接關系到燃料電池的使用性能。目前廣泛使用的全氟磺酸膜如Nafion膜，盡管具有較好的電化學性質、力學性質、化學、熱穩定性、以及較好的電池性能和較高使用壽命，但其制備工藝復雜、價格昂貴高溫和低濕度的條件下工作性能差。為了進一步提高PEMFC的性能加速PEMFC的商業化進程，人們將研究重點放在開發具有優異的化學、熱力學穩定性、良好的質子傳導能力、成本低廉、環境友好的碳氫聚合物電解質上。

殼聚糖作為一種天然的堿性聚電解質材料，近年來已成為質子交換膜研究領域中的熱點。與Nafion膜相比，殼聚糖成膜工藝簡單、成本低、殼聚糖在滲透蒸發膜中的應用表明殼聚糖膜具有很好的阻醇性能。另外，殼聚糖分子上的環狀結構保證了殼聚糖膜的熱、化學穩定性，以及足夠的力學性能，殼聚糖單體上存在羥基和氨基表明殼聚糖膜具有制備成高性能質子膜的潛力。但是，研究表明未經交聯和改性的殼聚糖干膜在室溫下的質子傳導率僅為10-9S·cm-1相當于絕緣材料。為此，許多學者對殼聚糖膜進行了適當的共混、化學改性、質子酸摻雜、無機鹽摻雜等改性處理。結果表明，在保證殼聚糖膜良好機械性能、阻醇性能、化學穩定性和熱穩定性的同時，可以在不同程度上提高殼聚糖的質子傳導率。

殼聚糖是一種天然陽離子活性聚合物，分子結構中含有兩個羥基和一個游離的氨基，易溶于一些有機溶劑而成膜，能通過分子中的氨基和羥基與許多金屬離子形成穩定的螯合物。因此，殼聚糖本身也是是理想的環保型催化劑負載材料。傳統的制備方法是將催化劑漿料涂覆于碳紙上，再將碳紙熱壓在膜材料上，這種制備方法工藝復雜，而且制備的膜電極由于催化劑和膜之間缺少質子導體，催化劑利用率低，在同樣的載量下，膜電極的極化較大，電池性能低。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種金屬半燃料電池用殼聚糖膜電極的制備方法，該方法采用改性殼聚糖膜負載Au/Ni作為催化劑,其中殼聚糖與催化劑結合良好，可起到質子通道的作用，提高催化劑利用率。

本發明所采取的技術方案是：

金屬半燃料電池用殼聚糖膜電極的制備方法，其特點是：包括如下步驟：

(1)在0.5％～2％AuCl₃水溶液中，加入相同體積的無水乙醇，攪拌均勻；

(2)將質量比9:1:5的殼聚糖粉末、500目鎳粉及10％醋酸混合均勻；

(3)將體積比1:1的上述步驟(1)和步驟(2)制備的液體混合，加入濃度1％～10％的交聯劑溶液,形成催化劑漿料；

(4)將步驟(1)催化劑漿料噴涂于殼聚糖膜一側，然后在真空干燥器中室溫干燥10h～24h，取出，即得到金屬半燃料電池用殼聚糖膜電極。