一种无膜的直接醇燃料电池及其制造方法

摘要

本发明公开了一种无膜的直接醇燃料电池及其制造方法，本发明的主要内容包括（1）首先，通过调节氯化钯、氯化镍和多壁碳纳米管混合溶液的pH值，用硼氢化钠还原剂将氯化钯和氯化镍还原，制备多壁碳纳米管负载的PdNi纳米催化剂颗粒（PdNi/MWCNT）；（2）以乙醇为溶剂，采用水热法制备多壁碳纳米管负载的AgCo催化剂颗粒（AgCo/MWCNT）；（3）将PdNi/MWCNT颗粒制备成阳极片，将AgCo/MWCNT颗粒制备成气体扩散电极；（4）以上述阳极和气体扩散电极组成无膜的直接醇燃料电池，电解液为含醇的氢氧化钠溶液。本发明的这种无膜直接醇燃料电池采用非铂金属（钯-镍或银-钴）作为电极材料，电催化活性强且性能稳定，而且没有使用离子交换膜，电池成本大大下降。

主权项

一种无膜的直接醇燃料电池的制造方法，其特征在于，包括步骤：（1）将一定量的多壁碳纳米管（MWCNT）与PdCl₂溶液120 mL和NiCl₂ 溶液20 mL混合后，再往其中加入50 mL水，超声30 min 后再搅拌1~5h；然后，在搅拌下，用1~3mol·L^‑1 NaOH调节悬浮液pH 值至8，缓慢滴入3~7 mL百分比50%的NaBH₄溶液，超声20 min 后继续搅拌1 h；用二次水洗涤，于60 ℃干燥，得到MWCNT负载的PdNi纳米催化剂颗粒（PdNi/MWCNT）；其中，PdCl₂溶液浓度为3~10 mmol·L^‑1，NiCl₂ 溶液浓度为4~15 mmol·L^‑1，多壁碳纳米管（MWCNT）的质量为0.1 ~ 0.3 g； （2）将硝酸银与Co(NO₃)₂·6H₂O溶于100ml无水乙醇，加入77mg多壁碳纳米管（MWCNT），超声半小时，命名为A液；同时称取2g NaOH溶于50ml无水乙醇，此为B液；在搅拌下将B液缓慢倒入A液，将A液和B液的混合液转移至两个100ml的反应釜内，放进180 ^oC红外干燥箱内反应1~4个小时后取出；将反应物移出并过滤洗涤至中性，干燥，得到MWCNT负载的AgCo催化剂颗粒（AgCo/MWCNT）；其中，硝酸银摩尔数为0.25~0.65 mmol，Co(NO₃)₂·6H₂O的摩尔数为0.3~0.7 mmol；（3）电池的阳极的制备方法：称取120~200mg PdNi纳米催化剂颗粒（PdNi/MWCNT），加入2~7ml无水乙醇，超声分散1小时，随后搅拌1小时，超声过程中慢慢滴加0.06~0.16 ml百分比60%的PTFE，使催化剂形成粘稠的悬浊液；将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上，将电极在氮气氛围下240℃烘30min，以去除PTFE乳液中的表面活性剂，随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构；干燥完的电极用压片机在10MPa下压成所需要的电极片；（4）电池的阴极按下列三个步骤制备：步骤一：催化层的制备将0.4~0.8g活性碳碳粉、0.1~0.4g MWCNT负载的AgCo催化剂颗粒（AgCo/MWCNT）加入到15ml无水乙醇中，超声15分钟后混合均匀，放在80℃水浴中搅拌，逐滴加入0.1~0.4 ml 百分比60%的PTFE，边搅拌边拌成混合均匀的凝膏，碾压，晾干；步骤二：防水透气层的制备：将0.4~0.8g活性碳碳粉、0.4~1.6g研磨的无水硫酸钠加入到15ml无水乙醇中，超声15分钟后混合均匀，放在80℃水浴中搅拌，逐滴加入0.4~0.8 ml百分比60%的 PTFE，边搅拌边拌成混合均匀的凝膏，碾压，将防水透气膜放入冷水中，缓慢加热至沸腾，保持30min，放入干燥箱逐渐加热温度到120℃恒温1小时；步骤三：阴极的制备将催化层和防水透气层分别置于不锈钢网的两面，以205KN的压力热压成型，样品成型后在马弗炉中300℃焙烧2小时，即制备成阴极；（5）将上述阳极片和阴极片组装成无膜的直接醇燃料电池，其中，阳极片两面各配置一块阴极片；阴极片涂有催化剂的一面朝向阳极片，涂防水透气层的一面与空气接触；电解质为含有醇的氢氧化钠溶液。