本發明專利技術公開了一種陰極采用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池及其制備方法，單電池主要由雙極板、密封框、陰極、高分子纖維膜、陽極組成，陰極包括：防水透氣膜及載有催化劑的陰極集流體；陽極包括：載有陽極催化劑的陽極集流體；高分子纖維膜為聚酰胺纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維等為主要原料制成的纖維膜。這種纖維膜取代了傳統燃料電池中Nafion膜，它允許離子自由通過，能夠有效的降低電池的內阻，從而降低了成本且提高了電池的性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于燃料電池領域，涉及一種由外部直接供應液體燃料和空氣/氧氣的燃料電池結構，特別是一種陰極采用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池及其制備方法。
技術介紹
隨著能源短缺和環境惡化日益嚴重，燃料電池作為一種高效潔凈的發電裝置引起了人們的高度重視。燃料電池(fuel cell)是一種將持續供給的燃料和氧化劑中的化學能 連續不斷地轉化成電能的電化學裝置。其主要特點有(1)高效率理論上轉化效率可達75%-100% ；⑵低污染；(3)低噪聲；(4)使用范圍廣，機動靈巧。直接甲醇燃料電池(DMFC)是一種低溫燃料電池。DMFC的理論電壓為I. 21V，具有燃料能量密度高(大約6000Wh kg—1)、燃料資源豐富且價格低廉、存儲攜帶方便、結構簡單、響應時間短等優點，工作溫度低。目前DMFC的研究和開發主要存在以下挑戰大部分DMFC主要使用Nafion膜作為質子交換膜，且使用貴金屬作為催化劑，成本較高；常溫下甲醇電催化氧化速率較慢，電流密度較低；電池工作時甲醇和水從陽極至陰極的滲透率較高，致使電池性能下降，使用壽命尚不理想。Ting Yuan 等在 Journal of Power Sourcesl92 (2009)423-428 中報道了一種陽極催化劑使用Pt-Ru合金，陰極催化劑使用Pt/C，以Nifionll7膜作為質子交換膜的DMFC在25°C時獲得了 32. 2mff. cm—2的輸出功率，電池成本非常高。因而研制新的非貴金屬催化劑和Nifion膜的替代膜就成了研究的熱點。中國專利第200610113692. 6號介紹了一種陰極非貴金屬催化劑的制備方法，將過渡金屬大環化合物、Vulcan XC-72活性碳粉溶于有機溶劑中，攪拌干燥，通氨氣熱處理后得到催化劑，該催化劑具有較好的抗甲醇毒化能力，在酸性溶液中氧化電流衰減比較緩慢，穩定性較好，性能優于碳載鉬催化劑。Eilee Hao Yu 等在 Journal of Power Sourcesl37 (2004) 248-256 中介紹了一種以陰離子交換膜M0RGANE-ADP membranes作為電池隔膜，陰陽極均采用Pt/C作為催化齊U，在60°C時得到了略高于IOmW. cm_2的輸出功率，此電池雖然未使用昂貴的Nafion膜，但電池輸出功率很低。鑒于以上問題，實有必要提供一種可以解決以上技術問題的燃料電池。
技術實現思路
本專利技術提供了一種陰極使用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池及其制備方法，極大的降低了電池的成本，且成倍的提高了輸出功率，使得DMFC商業化成為可倉泛。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案一種陰極采用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池，由若干個單電池通過集流板組成，所述單電池主要由陰極，陽極和高分子纖維膜組成，其中，陰極自陰極向陽極方向依次包括陰極極板、陰極密封框、防水透氣膜，以及載有陰極催化劑的陰極集流體；陽極自陽極向陰極方向依次包括陽極極板、陽極密封框，以及載有陽極催化劑的陽極集流體；所述高分子纖維膜被夾在陰極集流體和陽極集流體之間。所述的高分子纖維膜主要由聚酰胺纖維或聚丙烯纖維或聚乙烯醇纖維為原料制成，纖維直徑為3. 5-7. 5 μ m，纖維膜孔徑為100-500 μ m,膜厚度為O. 1-0. 3mm。所述的陰極催化劑主要由以下一種或幾種物質組成Ru02、CeO2> La203、CoO、MnO2>ABO3型鈣鈦礦氧化物、CuBr, FeCoB ;其中，在ABO3型鈣鈦礦氧化物中，A位為La、Sr 一種或兩種的組合，B位為Ni、Co、Ru 一種或幾種的組合。 所述的陽極催化劑為PtRu/C、Pt/C、Pd/C的一種或幾種組成，載量為O. l_200mg-2cm ο單電池的制備方法包括以下步驟I)陽極的制備將陽極催化劑和粘接劑調成膏狀后，均勻涂覆在泡沫鎳或碳紙或碳布上，然后經真空烘干后壓制成型。2)陰極的制備方法一，首先將陰極集流體(碳布或碳紙)經濃度5-60%的聚四氟乙烯憎水處理，晾干，然后在馬弗爐中340°C保溫30分鐘，即在陰極集流體表面形成防水透氣膜；然后將陰極催化劑、碳納米管，以及聚四氟乙烯混合，分散均勻，然后涂覆在形成有防水透氣膜的集流體表面，烘干，最后壓制成型。方法二，將聚四氟乙烯和乙炔黑在乙醇溶液中混勻，攪拌，超聲振蕩，并在恒溫下加熱，攪拌呈團，最后在輥軋機上輥壓成厚度為O. 2mm左右的膜，將得到的膜在馬弗爐中340°C保溫30分鐘，即得到防水透氣膜；將陰極催化劑、碳納米管，以及聚四氟乙烯混合形成混合漿料,分散、攪拌后使其成為團狀,將團狀物涂布在集流體上,烘干；按照催化劑層、集流體、防水透氣層的順序在軋輥機上輥壓至O. 6mm左右成型。制備燃料電池取步驟I)和步驟2)的陽極和陰極，以及高分子纖維膜，將高分子纖維膜夾在陽極集流體和陰極集流體之間,形成燃料電池。相對于現有技術，本專利技術電池至少具有以下優點本專利技術中的高分子纖維膜由聚酰胺纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維等為主要原料制成，具有耐堿腐蝕、內阻小、吸堿量大、適宜的離子通過率、能有效的防止電極短路等特點。該纖維膜替代了傳統燃料電池中的質子交換膜，允許離子自由通過，有效的降低了電池內阻，大幅提高電池輸出功率。附圖說明圖I為本專利技術高分子纖維膜甲醇燃料電池單電池的截面圖；圖2是分別以RuO2、CeO2、MnO2、La2O3作為陰極催化劑、PtRu/C作為陽極催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池在不同溫度下的放電曲線圖；圖3 (a)和圖3 (b)為分別以Laa8Sra2NiO3和LaNiO3作為陰極催化劑，PtRu/C作為陽極催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池不同溫度下的放電曲線圖；圖4為以CoO、PtRu/C分別作為陰、陽極催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池壽命曲線圖；圖5為以Ce02、PtRu/C分別作為陰、陽極催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池壽命曲線；圖6為本專利技術高分子纖維膜的掃描電鏡圖。其中，I :陰極極板；2 :陰極密封框；3 :防水透氣層；4 :陰極集流層；5 :高分子纖維膜；6 :陽極集流層；7 :陽極密封框；8 :陽極極板。具體實施例方式參考附圖I所示，本專利技術的電池是一種三合一的電池，由若干個單電池通過集流 板組合成為電池堆，其單電池的結構為主要由陰極、陽極和高分子纖維膜5組成，其中，陰極依次包括陰極極板I、陰極密封框2、防水透氣膜3，以及載有陰極催化劑的陰極集流體4 ；所述陽極依次包括陽極極板8、陽極密封框7，以及載有陽極催化劑的陽極集流體6 ;所述高分子纖維膜5夾在陰極集流體4和陽極集流體6之間。所述的高分子纖維膜5由聚酰胺纖維或聚丙烯纖維或聚乙烯醇纖維為原料制成，纖維直徑為3. 5-7. 5 μ m，纖維膜孔徑為100-500 μ m,膜厚度為O. 1-0. 3mm,此膜具有內阻小，較大的離子通過率和防止電池短路的特點，直接替換了傳統燃料電池中的質子交換膜，提高了直接甲醇燃料電池的輸出功率。單電池的工作原理可以描述為純氧或空氣由陰極極板I進入電池，通過防水透氣膜3到達載有陰極催化劑的陰極集流體4發生還原反應本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種陰極采用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池，其特征在于：所述電池由若干個單電池通過集流板組成，所述單電池主要由陰極，陽極和高分子纖維膜（5）組成，其中，陰極自陰極向陽極方向依次包括：陰極極板（1）、陰極密封框（2）、防水透氣膜（3），以及載有陰極催化劑的陰極集流體；陽極自陽極向陰極方向依次包括：陽極極板（8）、陽極密封框（7），以及載有陽極催化劑的陽極集流體；所述高分子纖維膜被夾在陰極集流體和陽極集流體之間。
【技術特征摘要】
1.一種陰極采用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池，其特征在于所述電池由若干個單電池通過集流板組成，所述單電池主要由陰極，陽極和高分子纖維膜(5)組成，其中，陰極自陰極向陽極方向依次包括陰極極板(I)、陰極密封框(2 )、防水透氣膜(3)，以及載有陰極催化劑的陰極集流體；陽極自陽極向陰極方向依次包括陽極極板(8)、陽極密封框(7)，以及載有陽極催化劑的陽極集流體；所述高分子纖維膜被夾在陰極集流體和陽極集流體之間。2.根據權利要求I所述的陰極采用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池，其特征在于，所述的高分子纖維膜主要由聚酰胺纖維或聚丙烯纖維或聚乙烯醇纖維為原料制成，纖維直徑為3. 5-7. 5 μ m，纖維膜孔徑為100-500 μ m,膜厚度為O. 1-0. 3mm。3.根據權利要求I或2所述的陰極采用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池，其特征在于，所述的陰極催化劑主要由以下一種或幾種物質組成Ru02、CeO2, La2O3,CoO、MnO2, ABO3型鈣鈦礦氧化物、CuBr, MB ;其中，在ABO3型鈣鈦礦氧化物中，A位為La、Sr一種或兩種的組合，B位為Ni、Co、Ru 一種或幾種的組合；在MB中，M是Fe、Co、Cu、Ni中任意二者的組合，B是化學元素硼。4.根據權利要求I或2所述的陰極采用非貴金屬催化劑的高分子纖維膜甲醇燃料電池，其特征在于，所述的陽極催化劑為PtRu/C、Pt/C、Pd/C的一種或幾種組成，載量為O.l_200mg cm2。5.一種陰極采用非貴金屬催化劑的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：柳永寧，王力，楊曉東，方圓，李賽，韋瀟竹，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
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