碱性直接二甲醚燃料电池

摘要

本发明涉及碱性燃料电池，旨在提供一种碱性直接二甲醚燃料电池。该燃料电池以阳离子交换膜或阴离子交换膜作为隔膜隔断阳极与阴极，以阳极催化剂载体含有的碱性二甲醚溶液为电解液，所述碱性二甲醚溶液是二甲醚饱和的、NaOH或KOH浓度为1～6摩尔/升的水溶液。本发明中使用溶解于碱液中的二甲醚为燃料，可大大提高直接二甲醚燃料电池的发电性能。可应用于大规模商业化应用的便携和移动式电源。阳极催化剂有助于发挥助催化剂对提高Pt抗CO中毒性能，由此提高催化剂的活性，提高二甲醚燃料电池的发电性能。同样，对于阴极催化剂可提高催化剂的活性，提高氧还原反应动力学，从而提高二甲醚燃料电池的发电性能。

主权项

一种碱性直接二甲醚燃料电池，以阳离子交换膜或阴离子交换膜作为隔膜隔断阳极与阴极，以阳极催化剂载体含有的碱性二甲醚溶液为电解液，其特征在于，所述碱性二甲醚溶液是二甲醚饱和的、NaOH或KOH浓度为1～6摩尔/升的水溶液；所述燃料电池在横向方向具有依次布置的如下结构：阳极极板、阳极催化剂载体、阳极催化剂、隔膜、阴极催化剂、阴极催化剂载体和阴极极板；燃料电池的上下两端均以密封圈实现密封，其负极端子由阳极催化剂载体引出，正极端子由阴极极板引出；在阳极催化剂载体底端设二甲醚气体入口，其顶端设尾气出口；所述阴极催化剂载体是经憎水处理的碳纸或碳布，所述阴极极板带有空气通路；所述阳极催化剂载体是经亲水处理的碳纸、碳布或泡沫镍，并充填含有二甲醚的NaOH或KOH水溶液作为电解液；所述燃料电池以聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂作为阴极催化剂，其阴极通过下述方式制得：(1)制备聚吡咯修饰碳载贵金属：将碳黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳黑与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入一克Pt、Pd或Au的氯化物；室温搅拌3～10h后再加入0.05～0.1克质量的H2O2；室温搅拌3～10h后，加热至70～90℃；缓慢加入300ml浓度为0.1M L‑1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌30～60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70～90℃干燥6～12h后在Ar或N2的惰性气氛下300～600℃保温1～5h进行热处理，制得相应的聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂；(2)将聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂、水、5wt.％的聚四氟乙烯悬浊液、无水乙醇按照1∶3∶2～7∶3～6的质量比例混合调制成浆料，涂覆到经憎水处理的碳纸或碳布上，自然晾干即可，聚吡咯修饰碳载贵金属催化剂与碳纸或碳布的质量比为1∶10～100；该燃料电池以聚吡咯修饰碳载Pt‑Ru催化剂作为阳极催化剂，Pt‑Ru催化剂与聚吡咯修饰碳载体的质量比为1∶1～9；催化剂中Pt和Ru的质量比为1∶0.5～1；所述阳极催化剂通过下述方式制得：将碳黑分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1∶15；加入冰乙酸或者盐酸调节pH值为2.5～3，室温搅拌10～30min；按碳黑与吡咯的质量比为1∶0.05～0.3加入吡咯搅拌5～10min，然后加入Pt和Ru的质量比为1∶0.5～1的PtCl2和RuCl2；室温搅拌3～10h后再加入0.05～0.1克质量的H2O2；室温搅拌3～10h后，加热至70～90℃；缓慢加入300ml浓度为0.1M L‑1的还原剂碱性硼氢化钠溶液后，剧烈搅拌30～60min，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70～90℃干燥6～12h后在Ar或N2的惰性气氛下300～600℃保温1～5h进行热处理，制得聚吡咯修饰碳载Pt‑Ru催化剂；该燃料电池的阳极通过下述方式制得：按所述聚吡咯修饰碳载Pt‑Ru催化剂∶水∶5wt.％的聚乙烯醇溶液或全氟磺酸树脂溶液∶无水乙醇的质量比例为1∶3∶2～7∶3～6混合调制浆料，然后涂覆到经亲水处理的碳纸、碳布或泡沫镍上，自然晾干即可，聚吡咯修饰碳载Pt‑Ru催化剂与碳纸、碳布或泡沫镍的质量比为1∶10～100。