[發明專利]一種摻雜金紅石相TiO2燃料電池膜電極及制備方法

有效

• 申請號: 201711474770.X
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108075159B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于燃料電池的技術領域，提供了一種摻雜金紅石相TiO₂燃料電池膜電極及制備方法。該方法將鈦源、摻雜劑、穩定劑水浴攪拌制成混合液，然后加入助劑進行水熱反應，制得凝膠狀材料，再與催化劑復合熱壓成型，即可制得燃料電池膜電極。與傳統方法相比，本發明的制備的膜電極的氧氣敏感性好，對氧氣的吸附能力強，陰極氧催化能力高，禁帶寬度廣，電子遷移率高，電能供應能力強，同時疏水性佳，性能穩定，耐久性好，并且整個工藝過程簡單，安全環保，成本低，可推廣應用。

技術領域

本發明屬于燃料電池的技術領域，提供了一種摻雜金紅石相TiO₂燃料電池膜電極及制備方法。

背景技術

能源問題近些年一直受到廣泛的關注。隨著三大化石能源的不斷使用，能源儲備、過度開采，能源短缺和環境問題越來越嚴重，因此新的能源利用技術被不斷的開發并利用起來，其中燃料電池便是一種潛力巨大的新能源。燃料電池作為一種清潔高效的能源利用方式，它是一種能夠持續將化學能轉化為電能的能量轉換裝置。發展燃料電池對于改善環境和實現能源可持續發展有重要意義。

燃料電池是一種電化學的發電裝置，它能直接將燃料和氧化劑的化學能通過電極反應轉化為電能。與傳統的發電方式相比，燃料電池的能量轉換是直接的，不需要經過熱能轉換這一環節，因此發電效率比較高。其發電原理與其它化學電源一樣，在電池的陽極發生燃料的催化氧化反應，陰極發生氧化劑的催化還原反應。電解質隔開陰陽極并提供質子遷移通道，電子通過外電路驅動負載做功，這樣就構成了電池負載回路。對外電路按原電池定義電池的陽極為正極，陰極為負極。由于燃料電池的燃料和氧化劑不是貯存在電池內，而是貯存在電池外部的儲罐中。只要保證燃料供應，就能夠持續不斷的產生電能。當電池運行時，燃料和氧化劑源源不斷地送入電池，電化學反應后會有反應產物和部分未反應的燃料和氧化劑排出，同時伴隨有熱量生成。

燃料電池的主要部件包括：膜電極組件、雙極板及密封元件等．膜電極組件是電化學反應的核心部件，由陰陽極多孔氣體擴散電極和電解質隔膜組成。膜電極是燃料與氧氣發生電化學反應的主要場地，膜電極的性能直接決定了燃料電池的功能和效率。因而，對基于燃料電池電化學反應原理的裂縫傳感器而言，性能良好的膜電極才能有電化學反應的順利進行，從而保證燃料電池空氣陰極氧氣敏感性。膜電極通常由電解質膜、與燃料直接接觸的陽極和與空氣（氧）接觸的陰極三個部分組成，目前燃料電池所使用的膜電極主要是一種多孔道擴散型電極，制備方法主要有GDE法和直接將催化劑涂抹到電解質膜上兩種方法。因膜電極在燃料電池應用中的主要作用，以及現有技術中的不足，針對膜電極的電極材料的改進和替換具有十分重要的實際意義。

目前國內外在燃料電池膜電極方面已取得了一定成效。其中孫公權等人發明了一種高溫燃料電池用陰極催化層及其制備和膜電極（中國發明專利申請號201210563370.7），此發明的膜電極的陰極催化層中除含有氧還原催化劑、粘結劑和疏水劑外，還含有磷酸和硅油，在制備膜電極過程中將其隨磷酸均勻的添加到陰極催化層中可以避免因氧傳質差導致的電池性能降低。另外，姜開利等人發明了一種燃料電池膜電極（中國發明專利申請號201410358042.2），其包括：一質子交換膜及分別設置在該質子交換膜相對兩表面的電極，該電極由氣體擴散層和催化劑組成，氣體擴散層包括一碳纖維膜，該碳纖維膜包括多個碳納米管和多個石墨片，該多個碳納米管首尾相連且沿同一方向延伸形成一膜狀，每一根碳納米管被所述多個石墨片包圍，且每一石墨片與碳納米管的外壁之間形成一角度。

可見，現有燃料電池的傳統膜電極催化能力較差，并且存在疏水性較差、陰極透氣性及氧氣敏感性較弱，耐久性不足，制備成本高等問題，其中常用的鉑電極價格昂貴，容易一氧化碳中毒降低吸附和催化能力，導致燃料電池存在供電能力較差且性能不穩定的缺陷。

發明內容