[发明专利]一种直接甲醇燃料电池阳极的制备方法

摘要

本发明涉及直接甲醇燃料电池制备领域，旨在提供一种直接甲醇燃料电池阳极的制备方法。该种直接甲醇燃料电池阳极的制备方法包括制备球形碳气凝胶、含助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂，和利用含助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂制备阳极。本发明制备的阳极催化剂提高了催化剂载体单位面积担载催化中心的能力，获得高催化活性，且强化了解离吸附在铂上的CO的作用，更进一步提高催化剂的抗中毒性；本发明制备的阳极结构极大减小了DMFC的内阻，提高了其输出功率密度。

主权项

一种直接甲醇燃料电池阳极的制备方法，其特征在于，包括下述过程：一、制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂；二、制备直接甲醇燃料电池阳极；所述过程一制备直接甲醇燃料电池阳极催化剂，具体包括下述步骤：(1)取间苯二酚、甲醛和碳酸钠加入去离子水中，混合均匀后形成溶液；其中，间苯二酚和甲醛的摩尔比为1：0.5，间苯二酚和碳酸钠的摩尔比为1：0.01，间苯二酚和水的摩尔比为1：100；将溶液在20℃下静置，当溶液出现凝胶化倾向时(流动性降低)，一边搅拌一边将溶液滴加到含有表面活性剂的油相中，搅拌后形成乳液；将乳液在20～85℃下密封静置1～3天，然后过滤出产物凝胶，将凝胶冷冻干燥后，用丙酮交换凝胶网孔中的水，得到RF气凝胶；将RF气凝胶在流动N2保护下置于管式炉中，分别在600℃和1100℃下碳化2小时，得到球形碳气凝胶；其中，所述油相为不溶间苯二酚的液体石蜡、苯或甲苯，表面活性剂为失水山梨醇脂肪酸酯(司盘)和助表面活性剂正丁醇的混合物，且失水山梨醇脂肪酸酯和正丁醇的质量比为1：1，油相和水相的质量比6：4，水相为间苯二酚、甲醛和碳酸钠混合得到的溶液；(2)称取2g五氧化二铌和3g柠檬酸加入200mL去离子水中，在70℃下搅拌至完全溶解形成溶液；向溶液中加入氯铂酸(H2PtCl6)1.27～6.35g，在10～30℃下超声并搅拌3h至完全溶解；然后向溶液中加入步骤(1)中制备得到的球形碳气凝胶10g，搅拌均匀形成悬浊液，将悬浊液喷雾干燥后，在氮气气氛下，在1000℃下煅烧2小时，煅烧结束后，将产物冷却至10～30℃，得到含铌氧化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂；将悬浊液喷雾干燥后得到的产物在2000℃下煅烧2小时冷却至10～30℃，得到含铌碳化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂；当用等质量的钨酸铵替代上述五氧化二铌，通过上述同样的处理过程，将含钨酸铵的喷雾干燥产物在1000℃下煅烧得到含钨氧化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂；2000℃下煅烧得到含钨酸铵的喷雾干燥产物，得到含钨碳化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂；(3)取1～2g钨酸铵溶解于100mL去离子水中，搅拌至溶解，再加入步骤(2)中制得的含铌氧化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂10g，搅拌均匀形成悬浊液，将悬浊液喷雾干燥后，在氮气气氛下，在2000℃下煅烧2小时，煅烧结束后，将产物冷却至10～30℃，得到含铌钨碳化物助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂；所述过程二制备直接甲醇燃料电池阳极，具体包括下述步骤：将含助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂、水、5wt.％的全氟磺酸树脂和无水乙醇混合调制成浆料，且含助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂、水、全氟磺酸树脂和无水乙醇的质量比为1∶3∶2∶3；其中，含助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂是指步骤(2)中制得的含铌氧化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂、含铌碳化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂、含钨氧化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂、含铌碳化物为助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂，和步骤(3)中制得的含铌钨碳化物助催化剂的碳气凝胶载铂催化剂；将浆料涂覆到经亲水处理的亲水碳纸上形成催化层，晾干后在10～30℃下，在电解池中电化学化成10分钟；其中，电解池中的电解液为亚甲基蓝的硫酸溶液，氧化电流为1mA/cm2；然后将形成了催化层的亲水碳纸洗净晾干，用5wt.％的全氟磺酸树脂作为粘结剂，将憎水碳纸粘贴到催化层上，形成由憎水碳纸、催化层、亲水碳纸构成的三明治结构，该三明治结构即为所需制备的阳极。