[发明专利]一种柔性的无隔膜的线型燃料电池的制备方法

说明书

本发明属于线型燃料电池技术领域，具体涉及一种柔性的无隔膜的线型燃料电池的制备方法。通过碳纳米管膜加捻负载催化剂得到(CNT)@Fe₃[Co(CN)₆]₂阴极电极，碳纳米管膜加捻包覆镍粉得到CNT@镍颗粒阳极电极，与H₂O₂的燃料电解液集成在硅胶管中制备成柔性线型燃料电池。本发明的柔性线型燃料电池，可产生0.88V的开路电压，同时具有非常好的柔性，可编织进衣物等纺织品中，在便携式供能领域具有非常好的应用前景。

技术领域

本发明属于线型燃料电池技术领域，具体涉及一种柔性的无隔膜的线型燃料电池的制备方法。

背景技术

可穿戴电子产品因其在健康监测、智能皮肤和传感器等领域的广阔前景而备受关注。为了给这些可穿戴电子设备提供动力，灵活的电源是必不可少的。线状储能系统是可穿戴电子产品的理想储能系统，因为纤维和/或纱线重量轻、柔韧和可编织。因此，线状储能器件的研究也付出了巨大的努力，包括线状锂离子电池、超级电容器、太阳能电池等。然而，由于线状可穿戴燃料电池在组装、膜、电解液、催化剂等方面的困难，目前开展的研究很少。

燃料电池是一类转换效率高、能量高的动力装置，它通过阴极和阳极表面的还原和氧化反应将化学能转化为电能。因此，实现柔性线形燃料电池在柔性可穿戴电子和纺织领域具有重要意义。然而，传统燃料电池的流场和集流器通常是刚性的、沉重的、不灵活的，如金属板或石墨板，不能集成或编织成柔性电子或纺织品。同时，传统燃料电池的膜结构对线形器件的设计也缺乏可靠性和难度。为此，我们希望从以下两个方面来设计和制造一种线状柔性燃料电池:一是制备一种负载纳米催化颗粒的线状柔性集电极；另一种是探索基于无膜单室燃料电池的反应机理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：实现燃料电池的线型化，微型化，可便携化等技术问题,从而提供一种柔性的无隔膜的线型燃料电池的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是将催化剂负载在碳纳米管纱线上，利用双氧水既能充当还化剂燃料又能充当氧化剂的特性，使得阴阳极可以在同一个腔室内从而避免使用隔膜，同时使用包覆间隔纱线的方式来避免阴阳极短路。

上述柔性的无隔膜的线型燃料电池的制备方法包括如下步骤：

(1)称取FeSO₄·7H₂O和K₃[Co(CN)₆]试剂分别配制成水溶液，混合后在磁力搅拌下得到悬浮液，过滤留下沉淀，用去离子水洗涤沉淀，真空低温烘干得到催化剂Fe₃[Co(CN)₆]₂。

(2)将碳纳米管膜从碳纳米管森林上拉出来，叠上不同的层数后，卷成圆柱状，将步骤(1)中所述的催化剂Fe₃[Co(CN)₆]₂与乙醇溶液配成一定浓度的溶液，然后将所述的催化剂溶液均匀的滴涂到圆柱状的碳膜上，然后在电机的辅助下，加捻成均匀的(CNT)@Fe₃[Co(CN)₆]₂阴极电极纱线。

(3)将所述的碳纳米管膜铺在玻璃片上，然后将纳米镍粉超声分散在DMF溶液中，然后将所得分散液均匀滴涂到纳米碳膜上，在电机的辅助下，加捻制成CNT@镍颗粒阳极电极纱线。

(4)等CNT@镍颗粒阳极电极纱线自然烘干后，在两个同步电机辅助下，在CNT@镍颗粒阳极电极纱线表面包覆一层聚丙烯(PP)单丝，得到CNT@镍@PP电极。

(5)称取双氧水溶液，高氯酸溶液，氯化钠盐，配制成燃料电解液。