[發明專利]一種陽極液流均相催化燃料電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201910627803.2
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110416581B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 廖曉聰;徐帆;胡軍
• 申請（專利權）人: 深圳市暗流科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1004
• 分類號: H01M8/1004;H01M8/22
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 張建珍

本發明公開了一種陽極液流均相催化燃料電池及其制備方法，所述陰極液流均相催化燃料電池包括雙極板結構，所述雙極板結構包括陽極板、陰極板和位于所述陽極板與所述陰極板之間的膜電極，所述膜電極沿所述陽極板到陰極板的方向包括依次層疊設置的陽極、質子交換膜、催化劑層和陰極，所述陽極的材料具有親水性，所述陰極為疏水碳紙；所述陽極液流均相催化燃料電池位于所述雙折板結構的陽極板的一側具有用以盛裝陽極電解液的燃料反應室，所述陽極電解液包括燃料、酸和催化劑，所述燃料為生物質材料。本發明采用均相催化方式抗污染和中毒的能力強，使用的膜電極貴金屬催化劑用量少，節約了成本。

技術領域

本發明涉及電池領域，尤其是涉及一種陽極液流均相催化燃料電池及其制備方法。

背景技術

燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的裝置。相對于其他燃料電池，質了交換膜燃料電池具有工作溫度較低、啟動較快、能量轉換效率高、結構簡單、燃料來源廣、排放物零污染等特點，可用到車用動力電源、便攜式電源、通訊基站后備/應急電源等方面。目前研究最深入的為氫燃料電池，如圖1所示，氫氣通過陽極側的氣體流場到達陽極，通過氣體擴散層到達陽極催化層，與催化層上的催化劑鉑發生吸附脫附反應，氫分子分解為2個質子H⁺，并釋放出2個電子和熱量。這一過程稱為氫氣的陽極氧化過程：H₂＝2H⁺+2e^-，在電池的另一端，氧化劑氧氣(或空氣)通過陰極側的氣體流場到達陰極，通過氣體擴散層到達陰極催化層，吸附在催化劑鉑的活性位點上。同時氫離子穿過電解質到達陰極，電子通過外電路也到達陰極。在陰極催化劑的作用下，氧氣與氫離子和電子發生反應生成水并放出部分熱量，這一過程稱為氧氣還原過程：

陰極側發生的反應為；1/2O₂+2H⁺+2e^-＝H₂O，

總的化學反應式為：1/2O₂+H₂＝H₂O。

陽極燃料為氣體氫的PEMFC(質子交換膜燃料電池)，這類電池的膜電極兩側均負載有催化劑，屬于非均相催化，并且由于膜電極兩側均有貴金屬催化劑，成本較高。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種陽極液流均相催化燃料電池，在陽極采用均相催化方式抗污染和中毒的能力強，使用的膜電極僅在一側具有催化劑層，貴金屬催化劑用量少，節約了成本。

本發明所采取的技術方案是：

本發明提供了一種陽極液流均相催化燃料電池，包括雙極板結構，所述雙極板結構包括陽極板、陰極板和位于所述陽極板與所述陰極板之間的膜電極，所述膜電極沿所述陽極板到陰極板的方向包括依次層疊設置的陽極、質子交換膜、催化劑層和陰極，所述陽極的材料具有親水性，所述陰極為疏水碳紙；所述陽極液流均相催化燃料電池位于所述雙折板結構的陽極板的一側具有用以盛裝陽極電解液的燃料反應室，所述陽極電解液包括燃料、酸和催化劑，所述燃料為生物質材料。上述陽極液流均相催化燃料電池的陽極側為液相，運行時可以用蠕動泵或者隔膜泵將陽極電解液打入電池的陽極參與電池反應，且循環使用，陰極可以采用主動進氣和自呼吸兩種形式，前者將空氣通過泵機打入陰極側，后者將陰極直接暴露在空氣中，無需泵機進氣。陽極的材料具有親水性的作用是利于陽極側的陽極電解液擴散，進而利于提高電池的性能。

優選地，所述陽極的材料為親水性石墨氈、親水性碳氈或親水性碳紙。

更進一步優選地，所述陽極的材料為親水性石墨氈或親水性碳氈，傳統燃料電池使用的膜電極中陽極催化層需要附著在陽極(一般是碳紙)上，因此無法使用石墨氈或碳氈，本發明采用陽極均相催化的方式，將陽極側使用的催化劑與燃料混合形成陽極電解液，因而使用的膜電極陽極側不含催化劑層，能夠使用親水性石墨氈、親水性碳氈作為陽極代替傳統燃料電池中使用的碳紙，并且由于親水性石墨氈或親水性碳氈具有三維大孔性結構，因而在液流條件下具有更好的傳質、集電的效果。