[發(fā)明專利]一種果糖燃料電池及其構(gòu)建方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911203664.7
• 申請(qǐng)日: 2019-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN112886025A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫晶;曹厚勇;張剛;劉澤霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/92;G01R31/389;G01R31/378;G01N27/48
• 代理公司: 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 李楠

本發(fā)明涉及一種果糖燃料電池及其構(gòu)建方法，屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。主要技術(shù)方案為：PdNPs/NiNPs/GN/PDMS電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲為輔助電極組成三電極系統(tǒng)，將該三電極系統(tǒng)置于果糖溶液和支持電解質(zhì)中，所述支持電解質(zhì)含1mol/LKOH，pH為14。本發(fā)明利用PDMS良好的柔韌性并結(jié)合石墨烯良好的導(dǎo)電性，制得一種對(duì)果糖具有高靈敏度的電極，且該電極在果糖為基液時(shí)，催化效果好、靈敏度高、選擇性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，本燃料電池可用于制作隨身充電寶，可用于發(fā)電廠及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種果糖燃料電池及其構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。燃料電池有許多優(yōu)點(diǎn)，由于它不受卡諾循環(huán)的限制，與傳統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相比能量轉(zhuǎn)換效率高，能量轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)到80％，燃料電池技術(shù)是當(dāng)今能量轉(zhuǎn)化率最高的化學(xué)發(fā)電技術(shù)之一。它一般用氫作燃料，氧氣為氧化劑，而產(chǎn)物為水，因而對(duì)環(huán)境的污染很小。由于不同類型的燃料電池在不同場(chǎng)合的應(yīng)用，使燃料電池有著廣泛的用途。基于此，目前，世界上大量科研工作者致力于以葡萄糖為代表的直接糖類燃料電池的研究。因此，制備出具有較高催化活性以及較強(qiáng)穩(wěn)定性的燃料電池陽(yáng)極是加速促進(jìn)燃料電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的的關(guān)鍵。在現(xiàn)階段，生物酶常用于葡萄糖的氧化，以制備出具有較好氧化活性的燃料電池陽(yáng)極。然而，由于酶的耐受性不足，無法在強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性環(huán)境下存活，并且也無法提供穩(wěn)定的電流，因而限制其在燃料電池方面的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為柔性基底，用聚乙烯醇與丙三醇混合溶液在柔性基底上修飾親水表層，并利用石墨烯乙醇溶液作為導(dǎo)電層，并在基底上利用電化學(xué)沉積法沉積納米鎳-納米鈀花顆粒，制備出納米鎳-納米鈀花電極。以PdNPs/NiNPs/GN/PDMS電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲為輔助電極組成三電極系統(tǒng)，將該三電極系統(tǒng)置于以氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)的果糖溶液為燃料組合構(gòu)建成為該燃料電池。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：以PdNPs/NiNPs/GN/PDMS電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲為輔助電極組成三電極系統(tǒng)，將該三電極系統(tǒng)置于果糖溶液和支持電解質(zhì)中，設(shè)置電位為-0.2～1.3V，記錄濃度為1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、8mmol/L、10mmol/L果糖的循環(huán)伏安曲線，并利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法對(duì)電極電催化氧化果糖溶液的控制過程進(jìn)行分析。所述支持電解質(zhì)含1mol/LKOH，pH為14。

進(jìn)一步地，所述PdNPs/NiNPs/GN/PDMS電極包括：PDMS為基底，石墨烯為導(dǎo)電層，鎳鈀顆粒為電化學(xué)沉積層，所述納米鈀-鎳顆粒沉積在PDMS上。

本發(fā)明同時(shí)請(qǐng)求保護(hù)按照上述構(gòu)建方法制備的果糖燃料電池。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明利用PDMS良好的柔韌性并結(jié)合石墨烯良好的導(dǎo)電性，制得一種對(duì)果糖具有高靈敏度的電極，且該電極在果糖為基液時(shí)，催化效果好、靈敏度高、選擇性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，本燃料電池可用于制作隨身充電寶，可用于發(fā)電廠及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。PDMS幾乎不導(dǎo)電或者說導(dǎo)電性差，因?yàn)槭?dǎo)電性超級(jí)強(qiáng)，涂上石墨烯后，電極導(dǎo)電性超強(qiáng)，這樣就可以電沉積鎳和鈀納米粒子。金屬Pd具有儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，被視為鉑的最理想替代金屬。然而，鈀基催化劑的催化活性還遠(yuǎn)不及鉑類催化劑，無法滿足商業(yè)化使用的要求。調(diào)節(jié)鈀基催化劑的表面電子結(jié)構(gòu)可使其獲得與鉑基催化劑相當(dāng)?shù)拇呋钚浴Ｍㄟ^與過渡金屬Ni與Pd形成Ni-Pd合金是一種調(diào)節(jié)Pd電子結(jié)構(gòu)的有效方法。Ni-Pd合金會(huì)產(chǎn)生晶格收縮效應(yīng)，從而會(huì)降低Pd的d帶中心，這被認(rèn)為是Pd活性提高的主要原因。鎳在酸性條件會(huì)與酸反應(yīng)，導(dǎo)致電極不穩(wěn)定，因此本發(fā)明所以選擇堿性電解質(zhì)。

附圖說明

圖1為基于PdNPs/NiNPs/GN/PDMS復(fù)合電極表面形貌圖。

圖2為果糖溶液與空白溶液循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；