一种无膜的直接硼氢化钠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硼氢化钠燃料电池及其制造方法，本发明的主要内容包括（1）首先，用硼氢化钠还原剂将硝酸银和硝酸镍与EDTA形成的络合物进行还原，制备多壁碳纳米管负载的AgNi纳米催化剂颗粒AgNi-EDTA/MWCNT；（2）将FeCl36H2O与苯胺混合，以过硫酸胺为氧化剂将苯胺聚合，得到铁掺杂的聚苯胺，将它热处理后得到催化剂颗粒Fe/C-PANI；（3）将AgNi-EDTA/MWCNT颗粒制备成阳极片，将Fe/C-PANI颗粒制备成气体扩散电极；（4）以上述阳极片和气体扩散电极组成无膜的直接硼氢化钠燃料电池，电解液为含硼氢化钠的氢氧化钠溶液。本发明的这种无膜直接硼氢化钠燃料电池采用非铂金属（银-镍或Fe/C-PANI）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

一种无膜的直接硼氢化钠燃料电池的制造方法，其特征在于，包括步骤：（1）将10～80 mg Ni(NO₃)₂·6H₂O和50～120 mg AgNO₃溶于25ml纯水中，随后加入125～420 mg的乙二胺四乙酸EDTA，搅拌反应10 min形成络合物，然后再加入70～120 mg多壁碳纳米管MWCNT，混合超声15 min ；在磁力搅拌下，缓慢滴入5～15 mL质量百分比50%的NaBH₄溶液，保持50 ℃，并在不断搅拌下反应1 h；反应完全后用纯水洗涤，于真空干燥箱内保持40 ℃干燥，得到MWCNT负载的AgNi纳米催化剂颗粒AgNi‑EDTA/MWCNT；（2）将FeCl₃6H₂O与苯胺混合，加入过硫酸胺作为氧化剂，在一定温度下将苯胺聚合，得到铁掺杂的聚苯胺，然后在高温和氮气气氛下将铁掺杂的聚苯胺进行热处理，得到催化剂颗粒Fe/C‑PANI；（3）电池的阳极片的制备方法：称取30～300mg的碳粉与10～100mg AgNi纳米催化剂颗粒AgNi‑EDTA/MWCNT，加入5～20 ml无水乙醇，置于80℃水浴中，搅拌15分钟，随后慢慢滴加0.03～0.09ml质量百分比为60%的PTFE，促使碳粉和催化剂形成膏状物；将膏状物压成片状，晾干,均匀放置在不锈钢网的两侧，随后用压片机在50 ℃、30MPa下压成所需要的电极片样品；将电极片样品置于马弗炉中，缓慢升温至400 ℃，在400 ℃下烧结1.5 h，即得到所需的阳极电极片；（4）电池的阴极按下列三个步骤制备：步骤一：防水透气层的制备：将0.1～0.6g研磨的无水硫酸钠、0.05～0.2g碳粉加入到15ml无水乙醇中，超声分散15分钟以混合均匀，放于80℃水浴中搅拌，逐滴加入0.06～0.4 ml质量百分比60%的PTFE，直至搅拌成凝膏状物体，然后碾压呈片状；将该片状样品放入冷水中，缓慢加热至沸腾，保持30min，放入干燥箱逐渐加热温度到120℃，将防水透气片加热烘干1小时；步骤二：催化层的制备将10～80 mg Fe/C‑PANI催化剂颗粒以及30～240 mg碳粉加入到5～20 ml无水乙醇中，超声15分钟混合均匀，放在80℃水浴中搅拌，逐滴加入0.03～0.06 ml质量百分比60%的PTFE，使碳粉和催化剂形成凝膏状物，然后碾压呈片状，晾干；步骤三：阴极片的制备将上述制备好的催化层、不锈钢网和防水透气层按顺序叠放在一起，以50℃、200KN的压力热压成型，样品成型后在马弗炉中400 ℃焙烧2小时，即制备成阴极片；（5）将上述制备好的阳极片和阴极片组装成无膜的直接硼氢化钠燃料电池，其中，阴极片涂有催化剂的一面朝向阳极片，防水透气层的一面与空气接触；阳极片两边各配置一块阴极片；电解质为含有硼氢化钠的氢氧化钠溶液。