[发明专利]一种直接抗坏血酸燃料电池单电池性能提升的方法

说明书

本发明公开了一种直接抗坏血酸燃料电池单电池性能提升的方法，属于质子交换膜燃料电池技术领域。通过对抗坏血酸燃料电池阳极催化层和扩散层进行亲水处理，得到亲水的阳极材料，在单电池的测试和运行中可以得到较高的性能。此方法简单、易于控制、环境友好、条件温和，得到的直接抗坏血酸燃料电池单电池最大功率密度可达31mW cm^‑2，可用于质子交换膜燃料电池领域中。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种直接抗坏血酸燃料电池单电池性能提升的方法。

背景技术

目前化石燃料的使用正面临污染严重、效率低以及原材料短缺等问题，燃料电池作为一种清洁能源技术，它实际上是一种能将燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，具有高能量密度、高效率、环境友好等优点，已受到世界各国的高度重视。抗坏血酸就是我们俗称的维生素C，它作为一种生物质，具有易于氧化且价值低廉等特点，直接抗坏血酸燃料电池直接将抗坏血酸作为燃料从而产生能量。传统的氢氧燃料电池对贵金属依赖严重，工作条件受温度湿度影响较大，同时氢气自身易燃易爆，气体储运困难。因此，开发新型的生物质燃料电池成为了目前研究的热点。

早在2003年，日本课题组(Naoko Fujiwara,et al.Electrochem.Solid‐stateLett.,2003,6A257‐A259)就发现了贵金属(Pt、Pd、Au、Ir等)对抗坏血酸的电催化效果，并制作了第一个直接抗坏血酸燃料电池单池，由于仅仅是起步阶段，单池的最大功率密度只有不足6mW/cm²。2006年，他们(Naoko Fujiwara,et al.Electrochem.Commun.,2006,8,720‐724)又发现了廉价炭黑对抗坏血酸的电催化效果，相比贵金属，炭黑可以有效催化抗坏血酸氧化，单电池的最大功率也提高了2.5倍，达到了15mW/cm²。因此，炭黑一度成为了抗坏血酸燃料电池阳极电催化剂的研究热点。

基于以上研究，日本课题组(Naoko Fujiwara,et al.J.Power sources,2007,167,32‐38)发现由于催化层中的少量聚合物本身和水不相容，抗坏血酸燃料电池阳极催化层中的聚合物量的增加会明显降低电极亲水性，从而降低单电池性能，韩国课题组(Jaeyoung Lee,et al.Electrochimica Acta,2007,53,1731‐1736)也在同年用碳纸直接替代了阳极催化层，并发现电化学氧化后的碳纸可以有效提高单电池性能。

上述的研究大多都是针对抗坏血酸燃料电池电催化剂的研究，鲜有对其阳极电极材料的亲疏水性进行深入探究。本发明基于炭黑催化剂，使用氧化性酸对抗坏血酸燃料电池单电池中阳极催化剂和扩散层进行亲水处理，由于抗坏血酸分子本身亲水，阳极材料的亲水性的提高可以使得抗坏血酸在电池中的扩散更加容易，同时和催化剂接触更为充分，减小了传质阻力。此外还对抗坏血酸燃料电池单电池膜电极热压条件进行了优化，得到的单电池最大功率密度达到31mW cm^‐2相比之前文献报道的最高值18mW cm^‐2，提高了1.73倍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直接抗坏血酸燃料电池单电池性能提升的方法，该方法原料此方法简单、易于控制、环境友好、条件温和，得到的直接抗坏血酸燃料电池单电池具有很高的功率密度。

一种直接抗坏血酸燃料电池单电池性能提升的方法，步骤如下：

1)将炭黑催化剂在1‐6M盐酸中30℃搅拌1‐6h，抽滤后，转移到1‐15M氧化性酸中，30‐100℃冷凝回流1‐6h，抽滤，去离子水洗至中性，真空干燥，得到亲水的阳极电催化剂；

2)将碳纤维纸扩散层在1‐6M盐酸中30℃静置1‐6h，用去离子水清洗，转移到1‐15M氧化性酸中，30‐100℃冷凝回流1‐6h，去离子水洗至中性，烘干，得到亲水的阳极扩散层；