一種酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池及其製備方法
2023-09-23 09:21:40
一種酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種酸性溶液中無膜直接醇燃料電池及其製造方法，包括氣體擴散電極、陽極片和電解液，所述氣體擴散電極由催化層、不鏽鋼網和防水透氣層依次疊放經熱壓成型而成，防水透氣層與空氣直接接觸，在氣體擴散電極與陽極片之間設置有塑料網格隔板片，塑料網格隔板片與陽極片及塑料網格隔板片與催化層之間分別有橡膠墊圈，所述催化層由多壁碳納米管負載的鈀-鈷-銅納米複合材料製成，所述陽極片是以Nafion溶液為粘結劑，將Pt/C顆粒塗覆在不鏽鋼網表面製備而成，所述的電解液為含有醇的硫酸溶液。本發明能在酸性溶液中穩定放電，而且沒有使用離子交換膜，電池結構簡單，電池成本大大下降。
【專利說明】一種酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於燃料電池技術與新能源材料【技術領域】，具體涉及到一種在酸性溶液中無離子交換膜的直接醇燃料電池及其製造方法。
【背景技術】
[0002]直接醇燃料電池以甲醇、乙醇、丙醇(及其異構體)和丁醇(及其異構體)為燃料，以氧氣(或空氣)為氧化劑，在電催化劑作用下實現電能的不斷輸出。這種燃料電池的陽極反應為醇的氧化反應，陰極反應為氧氣還原反應，要實現這陽極和陰極反應的順利進行，必須有催化活性強的催化劑作為陽極和陰極。目前，直接醇燃料電池採用的陽極催化劑主要為Pt/C,陰極催化劑主要為PtRu/C，並且陽極和陰極要用離子交換膜隔開，以防止作為燃料的醇遷移到陰極催化劑表面，從而導致陰極催化劑毒化而失去活性。這種離子交換膜的使用不僅使電池的組裝複雜、維修困難，而且更重要的是導致電池成本大大增加，並且由於離子交換膜在使用過程中的破損，可能導致電池短路等嚴重情況。目前，這種使用離子交換膜的醇燃料電池中，離子膜的成本佔電池總成本的20-30%。因此，研究、開發無膜的直接醇燃料電池具有重要的實際應用價值。
[0003]直接醇燃料電池可以在鹼性溶液中運行，也可以在酸性溶液中運行。對於氧還原反應，它在酸性溶液中的起始電位比鹼性溶液中更高，並且具有更大的電流密度；此外，直接醇燃料電池在酸性溶液中運行時，不會像鹼性溶液中那樣產生由於吸收空氣中的二氧化碳而導致碳酸鹽的析出，這些不導電的碳酸鹽附著在電極表面以及離子交換膜表面，使電池的性能急劇下降。因此，製造酸性溶液中運行的無膜的直接醇燃料電池具有重要的實際意義。
[0004]對於在酸性溶液中無膜子交換膜的直接醇燃料電池來說，陽極反應和陰極反應都是在同一電解質(酸性溶液)中進行。因此，要保證這種燃料電池能正常運行，作為燃料的醇在陽極的氧化反應，以及作為氧化劑的氧氣在陰極的還原反應都應能夠正常進行，且相互不受幹擾。對於醇氧化這一陽極反應，陰極上的氧氣對它的影響很有限，即氧氣的存在不會影響醇的氧化反應；而對於氧還原這一陰極反應，醇的存在可能會對它產生嚴重的影響，這一結果取決於陰極所採用的催化劑。目前，陰極催化劑主要採用PtRu/C材料，但在醇存在下，該催化劑會產生嚴重的毒化效應，從而對氧還原反應的催化活性急劇下降。因此，在酸性溶液中，PtRu/C材料不能應用於無膜的直接醇燃料電池。
[0005]綜上所述，要開發出在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池，關鍵是製造出在有醇存在的情況下，能夠在酸性溶液中對氧還原保持穩定的電催化活性的陰極催化劑。由此製造的無膜直接醇燃料電池能夠在酸性溶液中穩定放電，並且這種燃料電池具有製造簡單、成本較低的優點。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種在酸性溶液中的無膜的直接醇燃料電池，該燃料電池沒有採用離子交換膜，陽極反應和陰極反應在同一電解質溶液(即酸性溶液)中進行，使得電池結構簡單，電池維護方便，成本降低。本發明的目的還提供了一種在酸性溶液中的無膜的直接醇燃料電池的製備方法。
[0007]為達到上述目的，本發明的實施方案為:一種在酸性溶液中的無膜的直接醇燃料電池，包括氣體擴散電極、陽極片和電解液，所述氣體擴散電極由催化層、不鏽鋼網和防水透氣層依次疊放經熱壓成型而成，防水透氣層與空氣直接接觸；在氣體擴散電極與陽極片之間設置有塑料網格隔板片，塑料網格隔板片與陽極片及塑料網格隔板片與催化層之間分別有橡膠墊圈；
所述催化層是將氯化鈀、氯化鈷和氯化銅與乙二胺四乙酸二鈉鹽的混合，加入多壁碳納米管，往形成的混合物中緩慢加入硼氫化鈉溶液，製得鈀-鈷-銅納米催化劑材料，然後將碳粉、鈀-鈷-銅納米催化劑材料加入到無水乙醇中，充分攪拌均勻，在75°C水浴中加入聚四氟乙烯乳狀液，攪拌成均勻的凝膏，再經碾壓呈片狀、乾燥製成；
所述陽極片是以Naf1n溶液為粘結劑，將Pt/C顆粒塗覆在不鏽鋼網表面製備而成；
所述的電解液為含有醇的硫酸溶液。所述醇為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇或仲丁醇，硫酸濃度為0.5 mo I L—1。
[0008]本發明還提供一種在酸性溶液中的無膜的直接醇燃料電池的製造方法，包括以下步驟:
(1)將多壁碳納米管、氯化鈀溶液、氯化鈷溶液以及氯化銅溶液混合，隨後加入乙二胺四乙酸二鈉鹽，將混合物充分攪拌I小時，滴加氫氧化鈉溶液直至混合物的pH=6，繼續攪拌，緩慢滴加硼氫化鈉溶 液，滴加完畢後再繼續攪拌混合物I小時，將混合物過濾，所得固體用水洗至中性，室溫真空乾燥，得到多壁碳納米管負載的鈀-鈷-銅納米複合材料；
(2)將碳粉、鈀-鈷-銅納米複合材料加入到無水乙醇中，充分攪拌均勻，在75°C水浴中繼續充分攪拌，逐滴加入濃度為60% (質量百分比)的聚四氟乙烯乳狀液，攪拌成混合均勻的凝膏，然後碾壓呈片狀，在室溫下放置、乾燥，製得催化層；
(3)將乙炔黑粉末、濃度為60%(質量百分比)的聚四氟乙烯乳狀液以及異丙醇混合，充分攪拌直到形成凝膏，然後碾壓呈片狀，將該片狀物於丙酮中放置24小時，取出後室溫下放置乾燥，製得防水透氣層；
(4)將催化層、不鏽鋼網和防水透氣層按順序疊放熱壓成型，在馬弗爐中400°C焙燒2小時，製成氣體擴散電極；
(5)將Pt/C、無水乙醇以及Naf1n溶液混合，超聲分散I小時，得到分散均勻的墨水狀混合物，將墨水狀混合物塗覆在預處理後的不鏽鋼網上，在室溫下放置半小時後，再繼續塗覆這種墨水狀混合物，重複這一過程，直到將墨水狀混合物全部塗覆在不鏽鋼上，在室溫下放置5小時，製備得到電池的陽極片；
(6)在氣體擴散電極的催化劑層上依次放上橡膠墊圈、塑料網格隔板片、橡膠墊片、陽極片、橡膠墊片，並用螺杆固定，使氣體擴散電極的防水透氣層與空氣直接接觸。
[0009]步驟(1)中，所述多壁碳納米管、氯化鈀溶液、氯化鈷溶液、氯化銅溶液、乙二胺四乙酸二鈉鹽的配比為100~200 mg: 50^100 mL: 12~24mL: 14~28 mL:290^600 mg，氯化鈀溶液、氯化鈷溶液以及氯化銅溶液的濃度均為10 mmol L'所述氫氧化鈉溶液的濃度為50 mmolL_\硼氫化鈉溶液的濃度為30% (質量比)，硼氫化鈉溶液的加入量與多壁碳納米管的配比為:硼氫化鈉溶液:多壁碳納米管=50-100mL:100^200 mg。
[0010]步驟(2)中，所述碳粉和鈀-鈷-銅納米複合材料的質量配比為30-80:10-30，聚四氟乙烯乳狀液的加入量相對於鈀-鈷-銅納米複合材料的比例為:聚四氟乙烯乳狀液:IE _鈷-銅納米複合材料=10~40 μ L:10~30mg。
[0011]步驟(3)中，所述乙炔黑粉末、聚四氟乙烯乳狀液和異丙醇的配比為6(Tl60mg:30~80 μ L:2mL。
[0012]步驟(4)中，所述熱壓成型的條件為溫度，50°C下、壓力120 kg cm—2。所述不鏽鋼網的預處理方法是:將不鏽鋼網在80°C的5 mo L—1 NaOH溶液中處理2小時，之後再用5% (體積比)的鹽酸溶液酸洗15分鐘，最後用純水衝洗。所述Pt/C、無水乙醇和Naf1n溶液的配比為50~100 mg:10~20 mL:100~200 μ L, Pt/C中Pt含量為20% (質量比)，Naf1n溶液的濃度為5% (質量百分比)。
[0013]本發明將Pt/C納米顆粒塗覆在不鏽鋼網上做成陽極片、以PdCoCu /MWCNT催化劑做成氣體擴散電極，在酸性溶液中，製造出無膜直接醇燃料電池。由於這種燃料電池沒有採用離子交換膜，陽極反應和陰極反應在同一電解質溶液中進行，不僅減小了電池電阻，而且電池成本大大下降，是一種具有重要應用前景的醇燃料電池。
[0014]說明書附圖
圖1是在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池結構圖。
[0015]圖中:1-電解液，2-陽極片，3-橡膠墊圈，4-塑料網格隔板片，5-催化層，6_不鏽鋼網，7-防水透氣層。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:
(I)將 100 mg 多壁碳納米管(MWCNT)、50 mL 10 mmol L 1 氯化IE溶液、12mL 10 mmol L 1 氯化鈷溶液以及14 mL 10 mmol L-1氯化銅溶液混合，隨後加入290 mg乙二胺四乙酸二鈉鹽，將混合物充分攪拌I小時，之後緩慢滴加50 mmol L—1氫氧化鈉溶液，直至混合物的pH達到6.繼續將混合物攪拌，緩慢滴加50 mL硼氫化鈉溶液(質量百分比30%)，滴加完畢後再繼續攪拌混合物I小時。將混合物過濾，所得固體用大量水洗至中性，再在室溫下真空乾燥24小時，得到多壁碳納米管(MWCNT)負載的鈀-鈷-銅納米複合材料(PdCoCu/MWCNT)。
[0017](2)製備氣體擴散電極，製備步驟如下:
步驟一:催化層的製備
將30 mg碳粉、10 mg PdCoCu /MWCNT催化劑顆粒加入到8mL無水乙醇中，將混合物充分攪拌均勻，之後放在75°C水浴中繼續充分攪拌，逐滴加入10 μ L質量百分比60%的聚四氟乙烯乳狀液(PTFE)，直至攪拌成混合均勻的凝膏，然後碾壓呈片狀，在室溫下放置、乾燥；步驟二:防水透氣層的製備:
將60 mg乙炔黑粉末、30 μ L質量百分比60%的聚四氟乙烯乳狀液(PTFE)以及2mL異丙醇混合，充分攪拌直到形成凝膏，然後碾壓呈片狀，隨後將該片狀物於丙酮中放置24小時，取出，片狀物在室溫下放置、乾燥。
[0018]步驟三:氣體擴散電極的製備:
將上述所製備的催化層5、不鏽鋼網6和防水透氣層7按順序疊放在一起，在50°C下、以120 kg cm-2的壓力熱壓成型，樣品成型後在馬弗爐中400°C焙燒2小時，即製備成電池的氣體擴散電極；
(3)製備電池的陽極片:
首先將316L不鏽鋼網(100目)在80°C的5 mo L—1 NaOH溶液中處理2小時，之後再用5%(體積％)的鹽酸溶液酸洗15分鐘，最後用純水衝洗，得到預處理後的不鏽鋼網。此外，將50mg Pt/C (Pt質量百分比20%) UOmL無水乙醇以及100 μ L的Naf1n溶液(質量百分比5%)混合，將混合物超聲分散I小時，得到分散均勻的墨水狀混合物。最後，將這種墨水狀混合物塗覆在預處理後的不鏽鋼網上，在室溫下放置半小時後，再繼續塗覆這種墨水狀混合物，重複這一過程，直到將這種墨水狀混合物全部塗覆在不鏽鋼上，在室溫下放置5小時，製備得到電池的陽極片。
[0019](4)將氣體擴散電極和陽極片組裝成無膜燃料電池
在氣體擴散電極的催化層5這一面上，依次放上橡膠墊圈3、塑料網格隔板片4 (厚度1_)、橡膠墊圈3、陽極片2、橡膠墊圈3，將它們用螺杆固定，使氣體擴散電極的防水透氣層7與空氣直接接觸。這樣組裝的酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池見附圖1.(5)電池放電性能結果
將圖1所示的燃料電池進行放電測試。結果表明，在0.5mol L—1硫酸+0.5mol L-1甲醇的溶液(即電解液I)中，電池開路電壓0.58 V，最大功率密度60 mff cm_2，對應的電流密度為103 mA cm 2O
[0020]實施例2:
(I)將 150 mg 多壁碳納米管(MWCNT)、70 mL 10 mmol L 1 氣化IE溶液、18 mL 10 mmol L 1氯化鈷溶液以及22 mL 10 mmol L-1氯化銅溶液混合,隨後加入450 mg乙二胺四乙酸二鈉鹽，將混合物充分攪拌I小時，之後緩慢滴加50 mmol L-1氫氧化鈉溶液，直至混合物的pH達到
6.繼續將混合物攪拌，緩慢滴加80 mL硼氫化鈉溶液(質量百分比30%)，滴加完畢後再繼續攪拌混合物I小時。將混合物過濾，所得固體用大量水洗至中性，再在室溫下真空乾燥24小時，得到多壁碳納米管(MWCNT)負載的鈀-鈷-銅納米複合材料(PdCoCu/MWCNT)。
[0021](2)製備氣體擴散電極，製備步驟如下:
步驟一:催化層的製備
將55 mg碳粉、20 mg PdCoCu /MWCNT催化劑顆粒加入到8mL無水乙醇中，將混合物充分攪拌均勻，之後放在75°C水浴中繼續充分攪拌，逐滴加入25 μ L質量百分比60%的聚四氟乙烯乳狀液(PTFE)，直至攪拌成混合均勻的凝膏，然後碾壓呈片狀，在室溫下放置、乾燥；步驟二:防水透氣層的製備:
將110 mg乙炔黑粉末、55 μ L質量百分比60%的聚四氟乙烯乳狀液(PTFE)以及2mL異丙醇混合，充分攪拌直到形成凝膏，然後碾壓呈片狀，，隨後將該片狀物於丙酮中放置24小時，取出，片狀物在室溫下放置、乾燥；
步驟三:氣體擴散電極的製備:
將上述所製備的催化層5、不鏽鋼網6和防水透氣層7按順序疊放在一起，，在50°C下、以120 kg cm-2的壓力熱壓成型，樣品成型後在馬弗爐中400°C焙燒2小時，即製備成電池的氣體擴散電極；
(3)製備電池的陽極片:首先將316L不鏽鋼網(100目)在80°C的5 mo L—1 NaOH溶液中處理2小時，之後再用5%(體積％)的鹽酸溶液酸洗15分鐘，最後用純水衝洗，得到預處理後的不鏽鋼網。此外，將80mg Pt/C (Pt質量百分比20%) ,15 mL無水乙醇以及150 μ L的Naf1n溶液(質量百分比5%)混合，將混合物超聲分散I小時，得到分散均勻的墨水狀混合物。最後，將這種墨水狀混合物塗覆在預處理後的不鏽鋼網上，在室溫下放置半小時後，再繼續塗覆這種墨水狀混合物，重複這一過程，直到將這種墨水狀混合物全部塗覆在不鏽鋼上，在室溫下放置5小時，製備得到電池的陽極片。
[0022](4)將氣體擴散電極和陽極片組裝成無膜燃料電池
在氣體擴散電極的催化層5這一面上，依次放上橡膠墊圈3、塑料網格隔板片4 (厚度1_)、橡膠墊圈3、陽極片2、橡膠墊圈3，將它們用螺杆固定，使氣體擴散電極的防水透氣層7與空氣直接接觸。這樣組裝的酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池見附圖1.(5)電池放電性能結果
將圖1所示的燃料電池進行放電測試。結果表明，在0.5mol L-1硫酸+0.5mol L--1乙醇的溶液(即電解液I)中，電池開路電壓0.51 V，最大功率密度55 mff cm_2，對應的電流密度為108 mA cm 2O
[0023]實施例3:
(I)將 200 mg 多壁碳納米管(MWCNT)、100 mL 10 mmol I/1 氯化鈀溶液、24mL 10 mmol L-1氯化鈷溶液以及28 mL 10 mmol L-1氯化銅溶液混合,隨後加入600 mg乙二胺四乙酸二鈉鹽，將混合物充分攪拌I小時，之後緩慢滴加50 mmol L-1氫氧化鈉溶液，直至混合物的pH達到
6.繼續將混合物攪拌,緩慢滴加100 mL硼氫化鈉溶液(質量百分比30%)，滴加完畢後再繼續攪拌混合物I小時。 將混合物過濾，所得固體用大量水洗至中性，再在室溫下真空乾燥24小時，得到多壁碳納米管(MWCNT)負載的鈀-鈷-銅納米複合材料(PdCoCu/MWCNT)。
[0024](2)製備氣體擴散電極，製備步驟如下:
步驟一:催化層的製備
將80 mg碳粉、30 mg PdCoCu /MWCNT催化劑顆粒加入到8mL無水乙醇中，將混合物充分攪拌均勻，之後放在75°C水浴中繼續充分攪拌，逐滴加入40 UL質量百分比60%的聚四氟乙烯乳狀液(PTFE)，直至攪拌成混合均勻的凝膏，然後碾壓呈片狀，在室溫下放置、乾燥；步驟二:防水透氣層的製備:
將160 mg乙炔黑粉末、80 μ L質量百分比60%的聚四氟乙烯乳狀液(PTFE)以及2mL異丙醇混合，充分攪拌直到形成凝膏，然後碾壓呈片狀，，隨後將該片狀物於丙酮中放置24小時，取出，片狀物在室溫下放置、乾燥；
步驟三:氣體擴散電極的製備:
將上述所製備的催化層5、不鏽鋼網6和防水透氣層7按順序疊放在一起，，在50°C下、以120 kg cm-2的壓力熱壓成型，樣品成型後在馬弗爐中400°C焙燒2小時，即製備成電池的氣體擴散電極；
(3)製備電池的陽極片:
首先將316L不鏽鋼網(100目)在80°C的5 mo L—1 NaOH溶液中處理2小時，之後再用5% (體積％)的鹽酸溶液酸洗15分鐘，最後用純水衝洗，得到預處理後的不鏽鋼網。此外，將100 mg Pt/C (Pt質量百分比20%)、20 mL無水乙醇以及200 μ L的Naf1n溶液(質量百分比5%)混合，將混合物超聲分散I小時，得到分散均勻的墨水狀混合物。最後，將這種墨水狀混合物塗覆在預處理後的不鏽鋼網上，在室溫下放置半小時後，再繼續塗覆這種墨水狀混合物，重複這一過程，直到將這種墨水狀混合物全部塗覆在不鏽鋼上，在室溫下放置5小時，製備得到電池的陽極片。
[0025](4)將氣體擴散電極和陽極片組裝成無膜燃料電池
在氣體擴散電極的催化劑層這一面上，依次放上橡膠墊圈3、塑料網格隔板片4 (厚度1_)、橡膠墊圈3、陽極片2、橡膠墊圈3，將它們用螺杆固定，使氣體擴散電極的防水透氣層7與空氣直接接觸。這樣組裝的酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池見附圖1.(5)電池放電性能結果
將圖1所示的燃料電池進行放電測試。結果表明,在0.5mol L—1硫酸+0.5mol L—1正丙醇的溶液(即電解液I)中，電池開路電壓0.44 V，最大功率密度40 mff cm_2，對應的電流密度為 91 mA cm 2。
[0026]實施例4:
本次實施例中的步驟(1)、( 2 )、( 3 )和(4 )分別與實施例2中的步驟(1)、( 2 )、( 3 )和
(4)相同。 [0027](5)電池放電性能結果
將圖1所示的燃料電池進行放電測試。結果表明,在0.5mol L—1硫酸+0.5mol L—1異丙醇的溶液中，電池開路電壓0.42 V，最大功率密度38 mff cm—2，對應的電流密度為90 mA cnT2。
[0028]實施例5:
本次實施例中的步驟(1)、( 2 )、( 3 )和(4 )分別與實施例2中的步驟(1)、( 2 )、( 3 )和
(4)相同。
[0029](5)電池放電性能結果
將圖1所示的燃料電池進行放電測試。結果表明，在0.5mol L—1硫酸+0.5mol L—1正丁醇的溶液中，電池開路電壓0.38 V，最大功率密度30 mff cm—2，對應的電流密度為79 mA cnT2。
[0030]實施例6:
本次實施例中的步驟(1)、( 2 )、( 3 )和(4)分別與實施例2中的步驟(1)、( 2 )、( 3 )和
(4)相同。
[0031](5)電池放電性能結果
將圖1所示的燃料電池進行放電測試。結果表明，在0.5 mol L-1硫酸+0.5 mol L-1異丁醇的溶液中，電池開路電壓0.35 V，最大功率密度25 mff cm—2，對應的電流密度為71 mA cnT2。
[0032]實施例7:
本次實施例中的步驟(1)、( 2 )、( 3 )和(4 )分別與實施例2中的步驟(1)、( 2 )、( 3 )和
(4)相同。
[0033](5)電池放電性能結果
將圖1所示的燃料電池進行放電測試。結果表明，在0.5 mol L-1硫酸+0.5 mol L-1仲丁醇的溶液中，電池開路電壓0.33 V，最大功率密度20 mff cm—2，對應的電流密度為61 mA cnT2。
【權利要求】
1.一種在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池，包括氣體擴散電極、陽極片和電解液，其特徵在於，所述氣體擴散電極由催化層、不鏽鋼網和防水透氣層依次疊放經熱壓成型而成，防水透氣層與空氣直接接觸；在氣體擴散電極與陽極片之間設置有塑料網格隔板片，塑料網格隔板片與陽極片及塑料網格隔板片與催化層之間分別有橡膠墊圈； 所述催化層是將氯化鈀、氯化鈷和氯化銅與乙二胺四乙酸二鈉鹽的混合，加入多壁碳納米管，往形成的混合物中緩慢加入硼氫化鈉溶液，製得鈀-鈷-銅納米催化劑材料，然後將碳粉、鈀-鈷-銅納米催化劑材料加入到無水乙醇中，充分攪拌均勻，在75°c水浴中加入聚四氟乙烯乳狀液，攪拌成均勻的凝膏，再經碾壓呈片狀、乾燥製成； 所述陽極片是以Naf1n溶液為粘結劑，將Pt/C顆粒塗覆在不鏽鋼網表面製備而成； 所述的電解液為含有醇的硫酸溶液。
2.根據權利要求1所述的酸性溶液中無膜直接醇燃料電池，其特徵在於，所述醇為甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇或仲丁醇，硫酸濃度為0.5mol L'
3.一種在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)將多壁 碳納米管、氯化鈀溶液、氯化鈷溶液以及氯化銅溶液混合，隨後加入乙二胺四乙酸二鈉鹽，將混合物充分攪拌I小時，滴加氫氧化鈉溶液直至混合物的pH=6，繼續攪拌，緩慢滴加硼氫化鈉溶液，滴加完畢後再繼續攪拌混合物I小時，將混合物過濾，所得固體用水洗至中性，室溫真空乾燥，得到多壁碳納米管負載的鈀-鈷-銅納米複合材料； (2)將碳粉、鈀-鈷-銅納米複合材料加入到無水乙醇中，充分攪拌均勻，在75°C水浴中繼續充分攪拌，逐滴加入濃度為60% (質量百分比)的聚四氟乙烯乳狀液，攪拌成混合均勻的凝膏，然後碾壓呈片狀，在室溫下放置、乾燥，製得催化層； (3)將乙炔黑粉末、濃度為60%(質量百分比)的聚四氟乙烯乳狀液以及異丙醇混合，充分攪拌直到形成凝膏，然後碾壓呈片狀，將該片狀物於丙酮中放置24小時，取出後室溫下放置乾燥，製得防水透氣層； (4)將催化層、不鏽鋼網和防水透氣層按順序疊放熱壓成型，在馬弗爐中400°C焙燒2小時，製成氣體擴散電極； (5)將Pt/C、無水乙醇以及Naf1n溶液混合，超聲分散I小時，得到分散均勻的墨水狀混合物，將墨水狀混合物塗覆在預處理後的不鏽鋼網上，在室溫下放置半小時後，再繼續塗覆這種墨水狀混合物，重複這一過程，直到將墨水狀混合物全部塗覆在不鏽鋼上，在室溫下放置5小時，製備得到電池的陽極片； (6)在氣體擴散電極的催化劑層上依次放上橡膠墊圈、塑料網格隔板片、橡膠墊片、陽極片、橡膠墊片，並用螺杆固定，使氣體擴散電極的防水透氣層與空氣直接接觸。
4.根據權利要求3所述的在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池的製造方法，其特徵在於，步驟(1)中，所述多壁碳納米管、氯化鈀溶液、氯化鈷溶液、氯化銅溶液、乙二胺四乙酸二鈉鹽的配比為100~200 mg: 50^100 mL: 12~24mL: 14~28 mL:290^600 mg，氯化鈀溶液、氯化鈷溶液以及氯化銅溶液的濃度均為10 mmol L—1。
5.根據權利要求3所述的在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池的製造方法，其特徵在於，所述氫氧化鈉溶液的濃度為50 mmol L_S硼氫化鈉溶液的濃度為30%,硼氫化鈉溶液的加入量與多壁碳納米管的配比為:硼氫化鈉溶液:多壁碳納米管=5(T100mL:10(T200 mg。
6.根據權利要求3所述的在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池的製造方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述碳粉和鈀-鈷-銅納米複合材料的質量配比為30-80:10-30，聚四氟乙烯乳狀液的加入量相對於鈀-鈷-銅納米複合材料的比例為:聚四氟乙烯乳狀液:IE _鈷-銅納米複合材料=10~40 μ L:10~30mg。
7.根據權利要求3所述的在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池的製造方法，其特徵在於，步驟(3)中，所述乙炔黑粉末、聚四氟乙烯乳狀液和異丙醇的配比為6(Tl60mg:30~80 μ L:2mL0
8.根據權利要求3所述的在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池的製造方法，其特徵在於，步驟(4)中，所述熱壓成型的條件為溫度，50°C下、壓力120 kg cm_2。
9.根據權利要求3所述的在酸性溶液中的無膜直接醇燃料電池的製造方法，其特徵在於，所述不鏽鋼網的預處理方法是:將不鏽鋼網在80°C的5 mo L_1 NaOH溶液中處理2小時，之後再用5% (體積比)的鹽酸溶液酸洗15分鐘，最後用純水衝洗；所述Pt/C、無水乙醇和Naf1n 溶液的配比為 50~100 mg:10~20 mL:100 ~200 μ L，Pt/C 中 Pt 含量為 20%, Naf1n 溶液的濃度 為5%。
【文檔編號】H01M4/86GK104037440SQ201410236531
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】易清風, 楚浩, 陳清華, 陽錚, 劉小平 申請人:湖南科技大學