[发明专利]一种塑料燃料电池系统

权利要求书

1.一种塑料燃料电池系统，其特征在于：该塑料燃料电池系统包括塑料复合负极、隔离膜、氧气或空气多孔正极和液态电解液，其中：所述塑料复合负极以塑料作为负极活性物质，将含有塑料、负极催化剂、导电剂和粘结剂的负极浆料涂刮于负极集流体并烘干后制成塑料复合负极；所述氧气或空气多孔正极是将含有正极催化剂和导电剂的负极膜片与具有网孔的正极集流体压制复合而成的多孔片状结构；将所述塑料复合负极、隔离膜、氧气或空气正极和电解液放置于扣式电池或电解池外壳中，然后所得整体结构置于含氧气氛中，再利用电化学工作站连接正负极的集流体，即得到所述塑料燃料电池系统。

2.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮等含碳、氢、氧、硫、氮、氟等元素的塑料或其化学改性衍生物。

3.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述负极催化剂为碳基催化剂，所述碳基催化剂为金属和/或非金属元素掺杂改性的碳材料(石墨烯、碳纳米管、石墨炔、多孔碳、石墨和炭黑中的一种或几种)；或者，所述碳基催化剂为金属和/或非金属元素掺杂改性的碳材料与无机非金属材料、有机材料或金属材料的复合。

4.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述液态电解液是由电解质溶解于溶剂中制成，电解质浓度为0-20mol/L；所述溶剂为水、醚类、酯类、酮类、醛类和离子液体中的一种或几种混合，所述电解质为一元或多元有机、无机酸、碱和盐中的一种或几种混合。

5.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述塑料燃料电池系统中，氧气或空气多孔正极的上方对应的部分电池外壳为多孔结构；所述含氧气氛(正极使用的气体)为纯氧气或空气，或者，所述含氧气氛为包含任意比例氧气成分的各类混合气体。

6.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述正极催化剂为金属铂、铁、铜等各类纯金属；或者，所述正极催化剂为氮化硼、氧化铜或磷化镍等各类非金属；或者，所述正极催化剂为石墨烯、碳纳米管等各类碳材料和其改性材料中的一种或几种的复合。

7.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述负极集流体和正极集流体的材质为具有导电性铜、铝、铁或镍等；或者，所述负极集流体和正极集流体的材质为合金(如铜锌合金等)；或者，所述负极集流体和正极集流体的材质为导电碳材料。

8.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯中的一种；所述导电剂为碳纳米管、炭黑、科琴黑和石墨烯中的一种粉体材料；所述隔离膜为聚乙烯、聚丙烯、质子交换膜、阴离子交换膜、玻璃纤维和纤维素等各类具有绝缘性质的材料中的一种或几种复合。

9.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述塑料复合负极采用热熔融法制备，过程为：首先将所述塑料、负极催化剂和导电剂进行均匀混合，所得混合物料中塑料所占质量分数为1-99％；然后将混合物料置于烘箱中，升温至塑料玻璃化转变温度以上(100-300℃)静置2-24h；随后将所得产物与粘结剂、导电剂进行均匀混合，用有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮等)或水调制为负极浆料，随后将负极浆料刮涂至负极集流体表面，刮涂厚度为1-50μm，烘干后即得到所述塑料复合负极。

10.根据权利要求1所述的塑料燃料电池系统，其特征在于：所述塑料复合负极采用溶液蒸干法制备，过程为：首先所述塑料、负极催化剂、粘结剂和导电剂进行均匀混合，所得混合物料中塑料所占质量分数为1-99％；随后将混合物料与有机溶剂(甲苯、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺等一种或多种)混合，制备负极浆料，再将负极浆料刮涂至负极集流体表面，刮涂厚度为1-50μm，烘干后即得到所述塑料复合负极。