[發明專利]一種用于間接碳燃料電池的高活性果殼活性炭陽極燃料的制備方法

在審

• 申請號: 201810191690.1
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108640112A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 葉克;王剛;曹殿學;段默儼;程魁;朱凱;王貴領
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C01B32/324
• 分類號: C01B32/324;C01B32/348;C01B32/354
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種用于間接碳燃料電池的高活性果殼活性炭陽極燃料的制備方法，包括以下步驟：(1)對生物質果殼原料水熱碳化：將生物質果殼原料用去離子水清洗、碾碎、烘干處理后待用，取5g處理后的生物質果殼原料與80mL去離子水混合，并加入氧化劑，隨后轉移到容器中220℃水熱反應4h，得到水熱碳化的果殼炭；(2)高溫化學活化：果殼炭水洗、烘干后，加入2g活化劑研磨混合，并在750℃的氬氣氣氛下高溫煅燒3h，將反應后的產物在鹽酸溶液中充分地浸漬，用去離子水洗凈后在60℃下干燥12h，得到高活性果殼活性炭；(3)取制備的高活性果殼活性炭10mg，加入到60mL濃度為30mmol L^?1的磷鉬酸溶液中，在80℃遮光的條件下進行反應8h得到高活性果殼活性炭陽極燃料。本發明提高了碳的電氧化速率，解決了碳燃料電池中存在的碳直接氧化過程緩慢，運行溫度高，輸出效率低，維護成本高等問題。

技術領域

本發明涉及一種間接碳燃料電池陽極燃料的制備方法，尤其涉及一種用于間接碳燃料電池的高活性果殼活性炭陽極燃料的制備方法。

背景技術

直接碳燃料電池(DCFC)是一種能夠將儲存在碳燃料中的化學能直接轉化成電能的能量轉化裝置。陽極使用固體碳材料作為燃料，陰極使用空氣或者氧氣作為氧化劑。DCFC陽極使用的固體碳燃料具有非常高的體積比能量和電池效率，且碳燃料來源廣泛，既可以是活性炭、焦炭、石墨、炭黑、乙炔黑、煤、生物質，也可以是中纖維密度板、熱解炭等。以碳為主的化石資源儲量豐富(煤儲量超過石油)，開采成熟且價格便宜。同時相對于氣體、液體，固體碳更容易儲存和運輸，不需要額外的保護裝置，安全性很高。間接碳燃料電池(又稱低溫碳燃料電池)是指操作溫度接近室溫的碳燃料電池。由于碳本身非常穩定，其動力學氧化過程也很緩慢，在接近室溫條件下需要超過1V過電位才能實現碳的直接電氧化。若要通過碳的直接電氧化途徑，實現碳燃料電池在低溫條件下向外界提供可利用的電能是非常困難的。目前直接碳燃料電池最低操作溫度需要500℃，且高溫操作對材料的要求很高，這會增加系統的成本，降低碳燃料電池的適用性。因此，降低碳燃料電池的操作溫度，提高碳的陽極電氧化速率是碳燃料電池未來發展的重要方向。

作為碳燃料電池的陽極燃料，碳材料來源豐富、種類繁多，每種碳燃料都有不同的結構、結晶度、化學特征，而且這些因素都會影響到其在碳燃料電池陽極中的反應活性。一些文獻研究了多種碳燃料在DCFC中的活性，包括活性炭、炭黑、針狀焦、煤、杏仁殼、玉米棒、棕櫚樹木質、橄欖樹木質、竹質活性炭、橡樹木屑等其它生物質。其中，Cherepy和Cooper 課題組廣泛地研究了九種類型的碳材料對DCFC性能影響，發現來自植物的活性炭(桃核、椰殼等)電氧化活性最高。因此研究碳材料的基本性質對碳燃料電池性能的影響，有利于深入了解碳電氧化反應的機理，同時還會為未來篩選或開發出高活性、高效率的碳燃料提供理論依據。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠降低碳燃料電池的操作溫度，提高陽極電氧化性能的一種用于間接碳燃料電池的果殼活性炭陽極燃料的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

包括以下步驟：

(1)對生物質果殼原料水熱碳化：將生物質果殼原料用去離子水清洗、碾碎、烘干處理后待用，取5～10g處理后的生物質果殼原料與80～100ml去離子水混合，并加入氧化劑，隨后轉移到容器中200～220℃水熱反應4～6h，得到水熱碳化的果殼炭；

(2)高溫化學活化：果殼炭水洗、烘干后，加入2～3g活化劑研磨混合，并在750～850℃的氬氣氣氛下高溫煅燒2～3h，將反應后的產物在鹽酸溶液中充分地浸漬，用去離子水洗凈后在60℃下干燥12～16h，得到高活性果殼活性炭；

(3)取制備的高活性果殼活性炭5～10mg，加入到80～100mL濃度為20～30mmol L^-1的磷鉬酸溶液中，在80℃遮光的條件下進行反應6～8h得到高活性果殼活性炭陽極燃料。

本發明還包括這樣一些結構特征：