[发明专利]EDTA用于直接甲酸燃料电池中电解液添加剂的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种EDTA在直接甲酸燃料电池中的应用，具体涉及一种EDTA用于直接甲酸燃料电池中电解液添加剂的用途，通过在电解液中加入少量的EDTA或其盐类化合物，可以提高直接甲酸燃料电池的性能。

背景技术

在过去40年中，以氢为燃料的质子交换膜燃料电池虽然发展了很多年，但由于价格高、无合适氢源、在零度以下Nafion膜要结冰等问题，至今还不能商业化。后来，人们开始研究用甲醇作氢替代燃料的直接甲醇燃料电池(DMFC)，它有燃料储运和使用方便、结构简单、体积小、比能量高等优点。但研究过程中逐步发现，DMFC也存在一些严重的问题，如甲醇有毒、易挥发、高易燃、甲醇很易透过Nafion膜而引起电池性能下降等。

近年来发现，甲酸是一种较好的甲醇替代燃料，直接甲酸燃料电池（DFAFC）有很多优点。如甲酸无毒、不易燃，存储和运输安全方便；甲酸的电化学氧化性能要比甲醇好很多；由于Nafion膜中磺酸基团与甲酸阴离子间有排斥作用，因此，甲酸对Nafion膜的渗透率比甲醇低很多，DFAFC渐渐成为研究的热点。

但是，在研究中逐步发现DFAFC有两个严重的问题。尽管Pd/C催化剂对甲酸氧化有很高的电催化活性，但其稳定性较差，而且能催化分解甲酸。初步研究发现，Pd/C催化剂对甲酸氧化稳定性较差的原因之一是Pd/C催化剂能催化甲酸分解。换言之，Pd催化剂能催化分解甲酸和Pd催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性不好是DFAFC中的两个大问题；而且，Pd催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性差与甲酸在Pd/C催化剂上的分解有关。

近来研究显示在电解液中添加一些添加剂既能降低甲酸在Pd/C催化剂上的分解速率，又能提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能。现有技术中，许多DFAFC电解液的添加剂只能解决其中一个问题，不能同时降低甲酸在Pd/C催化剂上的分解速率和促进Pd催化剂对甲酸的电催化氧化。因此，找到既能降低甲酸在Pd/C催化剂上的分解速率，又能提高Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能的添加剂，是一个值得关注的问题。

发明内容

本发明的目的在于寻找一种能有效抑制Pd催化剂对甲酸的分解，同时能提高Pd催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性的DFAFC电解液添加剂，从而有效增加DFAFC中甲酸燃料的利用率以及提高Pd催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性。

完成上述发明任务的技术方案是：

乙二胺四乙酸或其盐用于直接甲酸燃料电池中电解液添加剂的用途。

所述的乙二胺四乙酸的盐包括但不限于，乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸二钾、乙二胺四乙酸钙或乙二胺四乙酸镁等。

本发明在直接甲酸燃料电池电解液中加入乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸盐中的一种或几种，可有效抑制甲酸的自分解，并提高Pd/C催化剂对甲酸的电催化活性和稳定性。

所述的直接甲酸燃料电池电解液中含有甲酸，甲酸浓度为0.1~26.5 mol·L^-1。

所述的直接甲酸燃料电池电解液中，含有或不含有支持电解质。所述的支持电解质包括但不限于，H₂SO₄、HClO₄、LiClO₄、K₂SO₄或Na₂SO₄的水溶液，或是它们的混合物。

所述的DFAFC电解液中，EDTA或其盐的浓度为1.0×10^-8 ~ 0.1 mol·L^-1。

DFAFC电解液中，加入EDTA或其盐，搅拌均匀，即获得高性能的DFAFC电解液。对所得到的DFAFC电解液进行甲酸分解实验和电化学测试，作为DFAFC电解液添加剂，其效果测试结果如下：

1. 通过在0.5 mol·L^-1 HCOOH溶液中加入一定量EDTA或其盐类化合物，可以完全抑制甲酸在Pd/C催化剂上的分解 (图1)。

2. 在进行300圈的循环伏安测试中，在H₂SO₄电解液中加入一定量EDTA或其盐类化合物，可以提高Pd催化剂对甲酸的电催化活性和稳定性（图2）。