[發明專利]銀催化鎂鋁層狀氫氧化物膜甲酸鹽燃料電池及制備方法

有效

• 申請號: 201910061581.2
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109817999B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 陳福義;郭龍飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M8/1048
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種銀催化鎂鋁層狀氫氧化物膜甲酸鹽燃料電池及制備方法。所述一種銀催化鎂鋁層狀氫氧化物膜甲酸鹽燃料電池由膜電極、陽極板和陰極板組成。其中，膜電極由陰離子交換膜、鈀銀還原氧化石墨烯陽極催化劑層和銀銅陰極催化劑層組成。本發明使用AgPd?rGO作為陽極催化劑，低成本Ag的合金化減少了貴金屬Pd的使用量；AgCu作為陰極催化劑，AgCu合金對甲酸鹽燃料顯示惰性，陰極不會出現混合電位；能夠提高直接甲酸鹽燃料電池的能源效率和功率密度；采用LDH離子交換膜作為陰離子交換膜，減少了燃料滲漏，同時降低了成本。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體是一種基于銀基雙金屬催化劑和層狀氫氧化物陰離子交換膜的堿性直接甲酸鹽陰離子交換膜燃料電池及其制備方法。

背景技術

燃料電池具有能量密度高、能量轉換效率高、清潔環保和適應范圍廣等優點，正受到越來越多的關注。直接液體燃料電池可以使用甲醇、乙醇、丙三醇、甲酸、甲酸鹽、葡萄糖等燃料，具有燃料的存儲、運輸安全性高等優勢。其中，直接甲酸鹽燃料電池還具有功率密度高、抗中毒能力強和燃料可從二氧化碳直接低成本獲得等優點，開始吸引人們的視線，逐漸成為一種前景廣闊的燃料電池。

直接甲酸鹽燃料電池主要由催化劑、離子交換膜和基體材料組成。由陽極催化劑層、離子交換膜和陰極催化劑層組成的膜電極，是直接甲酸鹽燃料電池的重要組件，離子交換膜和催化劑材料的設計和制備是直接甲酸鹽燃料電池的核心技術。

目前，直接甲酸鹽燃料電池的離子交換膜材料主要為商業Nafion膜，這種全氟磺酸膜為一種陽離子交換膜，制作困難，價格昂貴，燃料滲漏率高，對于溫度和含水量的要求較高，在甲酸鹽燃料電池應用時需要預處理過程。目前的商業陰離子交換膜，離子電導率較低，化學穩定性和熱穩定性較差，其性能還無法滿足直接甲酸鹽燃料電池應用過程中對離子傳導率的要求。

目前，直接甲酸鹽燃料電池的催化劑材料主要為商業Pt和Pd基等貴金屬催化劑，如PtRu陽極和PtC陰極催化劑。因Pt儲量較低，價格昂貴，在陽極催化過程中易產生一氧化碳中毒，在陰極催化過程中易出現混合電位現象，已經成為制約直接甲酸鹽燃料電池發展的難題。同樣，PdC陽極催化劑的價格仍然很高，導致了直接甲酸鹽燃料電池的價格十分昂貴，提高直接甲酸鹽燃料電池的催化劑性能和降低成本是目前的研究焦點。

在公開號為CN107017409A的發明創造中提出了一種電堿鹽聯產直接甲酸鹽燃料電池，其采用了Nafion膜為離子交換膜，PdAu合金作為陽極催化劑，具有較高的功率密度和穩定性，但是其采用的陽離子交換膜成本較高，同時使用的PdAu催化劑價格仍然較高，限制了它的廣泛應用。

在公開號為CN104577160A的發明創造中提出了一種基于MEMS技術的微型直接甲酸燃料電池，其以微機電加工技術為基點，采用PDMS作為基體材料，簡化了電池結構，實現了甲酸燃料電池的便攜性。但是其采用的陽極催化劑為PtRu、陰極催化劑為PtC，均為貴金屬催化劑，離子交換膜材料為Nafion膜，同樣具有很高的成本，不適合廣泛應用。

在學術論文Prospective direct formate fuel cell中提出了一種直接甲酸鹽燃料電池，使用PdC(負載量為4.0mg/cm²)和AgC(8.0mg/cm²)作為陽極和陰極催化劑，使用40μm厚的聚苯并咪唑基膜，實現了較高的功率密度，但是其使用的PdC陽極催化劑和聚苯并咪唑基膜價格都十分昂貴，限制了其大范圍的應用。

發明內容

為了克服現有技術中存在的陽極催化劑易中毒、陰極催化劑易出現混合電位和離子交換膜燃料滲漏率高的不足，本發明提出了一種銀催化鎂鋁層狀氫氧化物膜甲酸鹽燃料電池及制備方法。

所述一種銀催化鎂鋁層狀氫氧化物膜甲酸鹽燃料電池由膜電極、陽極板和陰極板組成。其中，膜電極由陰離子交換膜、鈀銀還原氧化石墨烯陽極催化劑層和銀銅陰極催化劑層組成。