專利名稱：一種無膜的直接醇燃料電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種無離子交換膜的直接醇燃料電池，本發(fā)明還涉及一種無離子交換膜的直接醇燃料電池的制造方法。
背景技術(shù)：
以醇(包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇等)為燃料的直接醇燃料電池(direct alcoholfuel cell, DAFC)是將燃料(甲醇、乙醇、丙醇或丁醇)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種電化學(xué)反應(yīng)裝置。例如，以甲醇為燃料時(shí)，在堿性介質(zhì)中其電極反應(yīng)如下
陽極反應(yīng) CH3OH+ 60F — C O 2+5 H 20+6 e 陰極反應(yīng)3/2 O 2+3H20 + 6 e — 60H_總反應(yīng) CH3OH +3/2 O 2 — C O 2+2 H 2 O
與二次電池不同，直接醇燃料電池只要保持連續(xù)的醇燃料和氧化劑供給，就會有源源不斷的電子通過外部電路從陽極流向陰極產(chǎn)生電能，并對外供電。直接醇燃料電池的特點(diǎn)是(I)能量轉(zhuǎn)化效率高，達(dá)60% 80%，不受“卡諾循環(huán)”限制；(2)環(huán)保。燃料電池的產(chǎn)物主要是水及少量二氧化碳，且噪音?。?3)比能量高。例如，以甲醇為燃料的直接醇燃料電池的質(zhì)量比能量和體積比能量分別達(dá)到6000 Wh / kg和4800 Wh / L，遠(yuǎn)高于蓄電池的比能量；(4)直接醇燃料電池結(jié)構(gòu)簡單、燃料易于運(yùn)輸和存儲、使用安全。DAFC由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，特別適合作為可移動電源和便攜式電源，在通信、交通和國防等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，近十年來已成為國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一，將成為21世紀(jì)最具前途的發(fā)電方式之一。人們預(yù)計(jì)21世紀(jì)上半葉燃料電池在技術(shù)上的沖擊性影響，將會與20世紀(jì)上半葉的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)相類似。DAFC的結(jié)構(gòu)主要由陽極催化劑、陰極催化劑和離子交換膜組成。陽極和陰極催化劑一般是PtRu和Pt顆粒，不僅成本很高，而且這類催化劑容易受到醇氧化的中間產(chǎn)物的污染，從而失去活性；另外，醇分子也比較容易通過離子交換膜遷移到陽極，也導(dǎo)致陰極反應(yīng)的活性急劇下降。因此，開發(fā)對醇氧化反應(yīng)和氧還原反應(yīng)具有穩(wěn)定、高效，且成本較低的電極材料，是這類直接醇燃料電池研究的關(guān)鍵問題之一。此外，離子交換膜也是使用DAFC時(shí)高成本的主要因素之一。離子交換膜的成本占燃料電池總成本的20 30%，而且使用離子交換時(shí)，還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修不方便等不足，嚴(yán)重制約了燃料電池的發(fā)展與應(yīng)用。金屬鈀(Pd)是替代Pt、作為DAFC陽極催化劑的一種優(yōu)異的電極。雖然在酸性溶液中，Pd對甲醇、乙醇、丙醇和丁醇的氧化反應(yīng)沒有催化活性，但在堿性溶液中，Pd對甲醇、乙醇、丙醇和丁醇氧化反應(yīng)的活性甚至要優(yōu)于Pt。但這種Pd類催化劑在催化醇氧化的過程中，其穩(wěn)定性并不高。因此，開發(fā)對醇氧化反應(yīng)具有活性高、穩(wěn)定好的Pd類電催化劑，是直接醇燃料電池研究的重要內(nèi)容之一。由于直接醇燃料電池中離子膜的成本很高，人們對如何制備穩(wěn)定性好、性能優(yōu)異且成本低廉的離子膜進(jìn)行了深入研究，雖然有一定進(jìn)展，但在使用離子膜時(shí)，仍然存在很多缺陷，不能從根本上解決問題。所以，開發(fā)無膜燃料電池是從根本上降低成本的最有效的途徑。要制造出無膜的直接醇燃料電池，關(guān)鍵是要制造出有醇(甲醇、乙醇、丙醇和丁醇)存在的情況下，能夠高效、穩(wěn)定地催化氧還原反應(yīng)的陰極材料。銀及其合金在堿性溶液中對氧還原反應(yīng)具有較好的電催化活性，且甲醇、乙醇、丙醇和丁醇的存在不會影響其活性，可以用于制造無膜的直接醇燃料電池的陰極材料。因此，以多壁碳納米管(MWCNT)負(fù)載的PdNi納米顆粒為陽極，以MWCNT負(fù)載的AgCo雙金屬納米顆粒為陰極，在堿性溶液中，制造出自呼吸式的無膜直接醇燃料電池。由于是無膜燃料電池，而且陽極和陰極材料均為非鉬金屬，其制造成本大大下降，是一種具有重要應(yīng)用前景的醇燃料電池?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無膜的直接醇燃料電池及其制造方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施方案為一種無膜的直接醇燃料電池的制造方法，包括步驟
(1)將一定量的多壁碳納米管(MWCNT)與PdCl2溶液120mL和NiCl2溶液20 mL混合后，再往其中加入50 mL水,超聲30 min后再攪拌l 5h ;然后,在攪拌下,用l 3mol · L—1NaOH調(diào)節(jié)懸浮液pH值至8，緩慢滴入:Γ7 HiLNaBH4 (百分比50%)溶液，超聲20 min后繼續(xù)攪拌I h ;用二次水洗滌，于60 °C干燥，得到MWCNT負(fù)載的PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)；
其中，PdCl2溶液濃度為3 10 mmol · L_S NiCl2溶液濃度為4 15 mmol · L—1，多壁碳納米管(MWCNT)的質(zhì)量為O. I O. 3 g ;
(2)將硝酸銀與Co(NO3)2·6Η20溶于IOOml無水乙醇，加入77mg處理好的碳納米管，超聲半小時(shí)，命名為A液；同時(shí)稱取2g NaOH溶于50ml無水乙醇，此為B液；在攪拌下將B液緩慢倒入A液，將A液和B液的混合液轉(zhuǎn)移至兩個IOOml的反應(yīng)釜內(nèi)，放進(jìn)180 0C紅外干燥箱內(nèi)反應(yīng)廣4個小時(shí)后取出；將反應(yīng)物移出并過濾洗滌至中性，干燥，得到MWCNT負(fù)載的AgCo 催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)；
其中，硝酸銀摩爾數(shù)為O. 25 O. 65 mmol, Co (NO3)2 · 6H20的摩爾數(shù)為O. 3 O. 7 mmol ；
(3)電池的陽極的制備方法稱取12(T200mgPdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)，加入2^7無水乙醇，超聲分散I小時(shí)，隨后攪拌I小時(shí)，超聲過程中慢慢滴加0. 06、. 16 mlPTFE (60%)，使催化劑形成粘稠的懸濁液；將懸濁液均勻涂抹在不銹鋼網(wǎng)的兩個表面上，將電極在氮?dú)夥諊?40°C烘30min，以去除PTFE乳液中的表面活性劑，隨后在340°C下燒結(jié)Ih以形成疏水的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；干燥完的電極用壓片機(jī)在IOMPa下壓成所需要的電極片；
(4)電池的陰極按下列三個步驟制備
步驟一催化層的制備
將0. 4^0. 8g碳粉(活性炭)、0. Γθ. 4g MWCNT負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)力口入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入0. Γθ. 4ml PTFE (60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，晾干；步驟二 防水透氣層的制備
將O. 4^0. Sg碳粉(活性炭)、0. Π. 6g研磨的無水硫酸鈉加入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入O. 4^0. 8 ml PTFE (60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，將防水透氣膜放入冷水中，緩慢加熱至沸騰，保持30min，放入干燥箱逐漸加熱溫度到120°C恒溫I小時(shí)；
步驟三陰極的制備
將催化層、不銹鋼網(wǎng)和防水透氣層以205KN的壓力熱壓成型，樣品成型后在馬弗爐中300°C焙燒2小時(shí)，即制備成陰極；
(5)將上述陽極片和陰極片組裝成無膜直接醇燃料電池，其中，陽極片兩面各配置一塊陰極片；陰極片涂有催化劑的一面朝向陽極片，涂防水透氣層的一面與空氣接觸；電解質(zhì)為含有醇的氫氧化鈉溶液?！?br> 步驟(5)中，電解質(zhì)為含有醇的氫氧化鈉溶液，所述醇包括甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇，其濃度為O. Γ3 mo I · Γ1 ;氫氧化鈉濃度為O. Γ2 mo I · L'一種根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種無膜的直接醇燃料電池的制造方法制造的電池。本發(fā)明的這種無膜的直接醇燃料電池采用非鉬金屬(鈀-鎳或銀-鈷)作為電極材料，電催化活性強(qiáng)且性能穩(wěn)定，而且沒有使用離子交換膜，電池成本大大下降。說明書附圖
圖I是無膜直接醇燃料電池結(jié)構(gòu)圖，其中，I-空氣，2-陰極的防水透氣層，3-陰極的催化層，4-陽極，5-固定桿，6-含醇的氫氧化鈉溶液，7-導(dǎo)電網(wǎng)；
圖2是對應(yīng)于實(shí)例I的燃料電池穩(wěn)態(tài)性能曲線；
圖3是對應(yīng)于實(shí)例2的燃料電池穩(wěn)態(tài)性能曲線；
圖4是對應(yīng)于實(shí)例3的燃料電池穩(wěn)態(tài)性能曲線；
圖5是對應(yīng)于實(shí)例4的燃料電池穩(wěn)態(tài)性能曲線；
圖6是對應(yīng)于實(shí)例5的燃料電池穩(wěn)態(tài)性能曲線；
圖7是對應(yīng)于實(shí)例6的燃料電池穩(wěn)態(tài)性能曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :
(I)將O. Ig的多壁碳納米管(MWCNT)與3mmol · L—1 PdCl2溶液120 mL和4mmol · L4NiCl2溶液20 mL混合后,再往其中加入50mL水,超聲30 min后再攪拌lh。然后，在攪拌下，用Imol · I/1 NaOH調(diào)節(jié)懸浮液pH值至8，緩慢滴入3 HiLNaBH4 (百分比50%)溶液，超聲20 min后繼續(xù)攪拌I h。用二次水洗滌，于60 °C干燥，得到MWCNT負(fù)載的PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)；
(2)0.25 mmol 硝酸銀與 O. 3 mmol Co (NO3)2 · 6H20 溶于 100ml 無水乙醇，加入 77mg 處理好的碳納米管，超聲半小時(shí)，命名為A液。同時(shí)稱取2g NaOH溶于50ml無水乙醇，此為B液。在攪拌下將B液緩慢倒入A液，發(fā)現(xiàn)有絮狀物質(zhì)生成。將A液與B液的混合液轉(zhuǎn)移至兩個IOOml的反應(yīng)釜內(nèi)，放進(jìn)180 0C紅外干燥箱內(nèi)反應(yīng)I個小時(shí)后取出。將反應(yīng)物移出并過濾洗滌至中性，干燥，得到MWCNT負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)；(3)電池的陽極按下列步驟制備稱取O. 12g PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)，加入2ml無水乙醇，超聲分散I小時(shí)，隨后攪拌I小時(shí)，超聲過程中慢慢滴加O. 06 ml PTFE(60%)，使催化劑形成粘稠的懸濁液。將懸濁液均勻涂抹在不銹鋼網(wǎng)的兩個表面上，將電極在氮?dú)夥諊?40°C烘30min，以去除PTFE乳液中的表面活性劑，隨后在340°C下燒結(jié)Ih以形成疏水的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。干燥完的電極用壓片機(jī)在IOMPa下壓成所需要的電極片。(4)電池的陰極按下列三個步驟制備
步驟一催化層的制備
將O. 4g碳粉(活性炭)、0. Ig MWCNT負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)加入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入O. I ml PTFE(60%),邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，晾干。步驟二 防水透氣層的制備
將O. 4g碳粉(活性炭)、0. 4g研磨的無水硫酸鈉加入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入O. 4 ml PTFE (60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，將防水透氣膜放入冷水中，緩慢加熱至沸騰，保持30min，放入干燥箱逐漸加熱溫度到120°C恒溫I小時(shí)。步驟三陰極的制備
將催化層、不銹鋼網(wǎng)和防水透氣層以205KN的壓力熱壓成型，樣品成型后在馬弗爐中300°C焙燒2小時(shí)，即制備成陰極。(5)將上述陽極片和陰極片組裝成無膜直接醇燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，電解質(zhì)為含I mol · Γ1甲醇的I mol · L—1氫氧化鈉溶液，在此條件下電池的穩(wěn)定性能曲線如圖2所示。實(shí)施例2
(I)將O. 15g的多壁碳納米管(MWCNT)與6 mmol · T1PdCl2溶液120mL和10mmol · L4NiCl2溶液20 mL混合后,再往其中加入5 OmL水,超聲30 min后再攪拌3h。然后，在攪拌下，用2mol -Γ1 NaOH調(diào)節(jié)懸浮液pH值至8，緩慢滴入5mLNaBH4 (百分比50%)溶液，超聲20 min后繼續(xù)攪拌I h。用二次水洗滌，于60 °C干燥，得到MWCNT負(fù)載的PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)；
(2)0.45mmol 硝酸銀與 0. 5 mmol Co (NO3)2 · 6H20 溶于 100ml 無水乙醇，加入 77mg 處理好的碳納米管，超聲半小時(shí)，命名為A液。同時(shí)稱取2g NaOH溶于50ml無水乙醇，此為B液。在攪拌下將B液緩慢倒入A液，發(fā)現(xiàn)有絮狀物質(zhì)生成。將A液與B液的混合液轉(zhuǎn)移至兩個IOOml的反應(yīng)釜內(nèi)，放進(jìn)180 0C紅外干燥箱內(nèi)反應(yīng)3個小時(shí)后取出。將反應(yīng)物移出并過濾洗滌至中性，干燥，得到MWCNT負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)；
(3)電池的陽極按下列步驟制備稱取0.16g PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)，加入4ml無水乙醇，超聲分散I小時(shí)，隨后攪拌I小時(shí)，超聲過程中慢慢滴加0. I ml PTFE(60%)，使催化劑形成粘稠的懸濁液。將懸濁液均勻涂抹在不銹鋼網(wǎng)的兩個表面上，將電極在氮?dú)夥諊?40°C烘30min，以去除PTFE乳液中的表面活性劑，隨后在340°C下燒結(jié)Ih以形成疏水的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。干燥完的電極用壓片機(jī)在IOMPa下壓成所需要的電極片。(4)電池的陰極按下列三個步驟制備
步驟一催化層的制備將O. 6g碳粉(活性炭)、0· 25g MWCNT負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)加入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入O. 25 mlPTFE (60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，晾干。步驟二 防水透氣層的制備
將O. 6g碳粉(活性炭)、I. Og研磨的無水硫酸鈉加入到15ml無水乙醇中,超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入O. 6 ml PTFE (60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，將防水透氣膜放入冷水中，緩慢加熱至沸騰，保持30min，放入干燥箱逐漸加熱溫度到120°C恒溫I小時(shí)。步驟三陰極的制備
將催化層、不銹鋼網(wǎng)和防水透氣層以205KN的壓力熱壓成型，樣品成型后在馬弗爐中300°C焙燒2小時(shí)，即制備成陰極。
·
(5)將上述陽極片和陰極片組裝成無膜直接醇燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，電解質(zhì)為含I mol · Γ1甲醇的I mol · L—1氫氧化鈉溶液，在此條件下電池的穩(wěn)定性能曲線如圖3所示。實(shí)施例3
(I)將O. 30g的多壁碳納米管(MWCNT)與10 mmol · T1PdCl2溶液120mL和15mmol · L4NiCl2溶液20 mL混合后,再往其中加入5 OmL水,超聲30 min后再攪拌5h。然后，在攪拌下，用3mol · I/1 NaOH調(diào)節(jié)懸浮液pH值至8，緩慢滴入7 HiLNaBH4 (百分比50%)溶液，超聲20 min后繼續(xù)攪拌I h。用二次水洗滌，于60 °C干燥，得到MWCNT負(fù)載的PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)；
(2)0.65mmol 硝酸銀與 0. 7 mmol Co (NO3)2 · 6H20 溶于 100ml 無水乙醇，加入 77mg 處理好的碳納米管，超聲半小時(shí)，命名為A液。同時(shí)稱取2g NaOH溶于50ml無水乙醇，此為B液。在攪拌下將B液緩慢倒入A液，發(fā)現(xiàn)有絮狀物質(zhì)生成。將A液與B液的混合液轉(zhuǎn)移至兩個IOOml的反應(yīng)釜內(nèi)，放進(jìn)180 °C紅外干燥箱內(nèi)反應(yīng)4個小時(shí)后取出。將反應(yīng)物移出并過濾洗滌至中性，干燥，得到MWCNT負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)；
(3)電池的陽極按下列步驟制備稱取0.20g PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)，加入7ml無水乙醇，超聲分散I小時(shí)，隨后攪拌I小時(shí)，超聲過程中慢慢滴加0. 16 ml PTFE(60%)，使催化劑形成粘稠的懸濁液。將懸濁液均勻涂抹在不銹鋼網(wǎng)的兩個表面上，將電極在氮?dú)夥諊?40°C烘30min，以去除PTFE乳液中的表面活性劑，隨后在340°C下燒結(jié)Ih以形成疏水的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。干燥完的電極用壓片機(jī)在IOMPa下壓成所需要的電極片。(4)電池的陰極按下列三個步驟制備
步驟一催化層的制備
將0. 8g碳粉(活性炭)、0. 4g MWCNT負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)加入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入0. 4 ml PTFE(60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，晾干。步驟二 防水透氣層的制備
將0. 8g碳粉(活性炭)、I. 6g研磨的無水硫酸鈉加入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入0. 8 ml PTFE (60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，將防水透氣膜放入冷水中，緩慢加熱至沸騰，保持30min，放入干燥箱逐漸加熱溫度到120°C恒溫I小時(shí)。步驟三陰極的制備
將催化層、不銹鋼網(wǎng)和防水透氣層以205KN的壓力熱壓成型，樣品成型后在馬弗爐中300°C焙燒2小時(shí)，即制備成陰極。(5)將上述陽極片和陰極片組裝成無膜直接醇燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，電解質(zhì)為含I mol · Γ1甲醇的I mol · L—1氫氧化鈉溶液，在此條件下電池的穩(wěn)定性能曲線如圖4所示。實(shí)施例4
按照實(shí)施例2獲得無膜的直接醇燃料電池(其結(jié)構(gòu)見附

圖1)，電解質(zhì)為含I mol -L-1乙醇的I mol · L-1氫氧化鈉溶液，在此條件下電池的穩(wěn)定性能曲線見說明書附圖5?！?br> 實(shí)施例5
按照實(shí)施例2獲得無膜的直接醇燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，電解質(zhì)為含I mol · L-1正丙醇的I mol · Γ1氫氧化鈉溶液，在此條件下電池的穩(wěn)定性能曲線如圖6所示。實(shí)施例6
按照實(shí)施例2獲得無膜的直接醇燃料電池，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，電解質(zhì)為含I mol · L-1正丁醇的I mol · L—1氫氧化鈉溶液，在此條件下電池的穩(wěn)定性能曲線如圖7所示。
權(quán)利要求
1.一種無膜的直接醇燃料電池的制造方法，其特征在于，包括步驟 (1)將一定量的多壁碳納米管(MWCNT)與PdCl2溶液120mL和NiCl2溶液20 mL混合后，再往其中加入50 mL水,超聲30 min后再攪拌l 5h ;然后,在攪拌下,用l 3mol · L—1NaOH調(diào)節(jié)懸浮液pH值至8，緩慢滴入:Γ7 HiLNaBH4 (百分比50%)溶液，超聲20 min后繼續(xù)攪拌I h ;用二次水洗滌，于60 °C干燥，得到MWCNT負(fù)載的PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)； 其中，PdCl2溶液濃度為3 10 mmol · L_S NiCl2溶液濃度為4 15 mmol · L—1，多壁碳納米管(MWCNT)的質(zhì)量為O. I O. 3 g ; (2)將硝酸銀與Co(NO3)2·6Η20溶于IOOml無水乙醇，加入77mg處理好的碳納米管，超聲半小時(shí)，命名為A液；同時(shí)稱取2g NaOH溶于50ml無水乙醇，此為B液；在攪拌下將B液緩慢倒入A液，將A液和B液的混合液轉(zhuǎn)移至兩個IOOml的反應(yīng)釜內(nèi)，放進(jìn)180 0C紅外干燥箱內(nèi)反應(yīng)廣4個小時(shí)后取出；將反應(yīng)物移出并過濾洗滌至中性，干燥，得到MWCNT負(fù)載的AgCo 催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)； 其中，硝酸銀摩爾數(shù)為O. 25 O. 65 mmol, Co (NO3)2 · 6H20的摩爾數(shù)為O. 3 O. 7 mmol ； (3)電池的陽極的制備方法稱取12(T200mgPdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)，加入2^7無水乙醇，超聲分散I小時(shí)，隨后攪拌I小時(shí)，超聲過程中慢慢滴加0. 06、. 16 mlPTFE (60%)，使催化劑形成粘稠的懸濁液；將懸濁液均勻涂抹在不銹鋼網(wǎng)的兩個表面上，將電極在氮?dú)夥諊?40°C烘30min，以去除PTFE乳液中的表面活性劑，隨后在340°C下燒結(jié)Ih以形成疏水的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；干燥完的電極用壓片機(jī)在IOMPa下壓成所需要的電極片； (4)電池的陰極按下列三個步驟制備 步驟一催化層的制備 將0. 4^0. 8g碳粉(活性炭)、0. Γ0. 4g MWCNT負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)力口入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入0. Γθ. 4ml PTFE (60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，晾干； 步驟二 防水透氣層的制備 將0. 4^0. Sg碳粉(活性炭)、0. Π. 6g研磨的無水硫酸鈉加入到15ml無水乙醇中，超聲15分鐘后混合均勻，放在80°C水浴中攪拌，逐滴加入0. 4^0. 8 ml PTFE (60%)，邊攪拌邊拌成混合均勻的凝膏，碾壓，將防水透氣膜放入冷水中，緩慢加熱至沸騰，保持30min，放入干燥箱逐漸加熱溫度到120°C恒溫I小時(shí)； 步驟三陰極的制備 將催化層、不銹鋼網(wǎng)和防水透氣層以205KN的壓力熱壓成型，樣品成型后在馬弗爐中300°C焙燒2小時(shí)，即制備成陰極； (5)將上述陽極片和陰極片組裝成無膜的直接醇燃料電池，其中，陽極片兩面各配置一塊陰極片；陰極片涂有催化劑的一面朝向陽極片，涂防水透氣層的一面與空氣接觸；電解質(zhì)為含有醇的氫氧化鈉溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無膜的直接醇燃料電池的制造方法，步驟(5)中，電解質(zhì)為含有醇的氫氧化鈉溶液，所述醇包括甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇，其濃度為0. Γ3mo I · Γ1 ;氫氧化鈉濃度為0. Γ2 mo I · L'
3.一種根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種無膜的直接醇燃料電池的制造方法制造的電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無膜的直接醇燃料電池及其制造方法，本發(fā)明的主要內(nèi)容包括(1)首先，通過調(diào)節(jié)氯化鈀、氯化鎳和多壁碳納米管混合溶液的pH值，用硼氫化鈉還原劑將氯化鈀和氯化鎳還原，制備多壁碳納米管負(fù)載的PdNi納米催化劑顆粒(PdNi/MWCNT)；(2)以乙醇為溶劑，采用水熱法制備多壁碳納米管負(fù)載的AgCo催化劑顆粒(AgCo/MWCNT)；(3)將PdNi/MWCNT顆粒制備成陽極片，將AgCo/MWCNT顆粒制備成氣體擴(kuò)散電極；(4)以上述陽極和氣體擴(kuò)散電極組成無膜的直接醇燃料電池，電解液為含醇的氫氧化鈉溶液。本發(fā)明的這種無膜直接醇燃料電池采用非鉑金屬(鈀-鎳或銀-鈷)作為電極材料，電催化活性強(qiáng)且性能穩(wěn)定，而且沒有使用離子交換膜，電池成本大大下降。
文檔編號H01M4/88GK102916209SQ20121043126
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者易清風(fēng), 孫麗枝, 張玉暉, 唐梅香, 楚潔, 肖興中 申請人:湖南科技大學(xué)