本發明專利技術涉及燃料電池領域，旨在提供一種利用導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑的直接液體燃料電池。該電池包括以泡沫鎳作為基體的負極和以經憎水處理的碳紙或碳布作為基體的正極，所述負極是將導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑、水、濃度為５ｗｔ％的全氟磺酸基樹脂溶液和無水乙醇混合調制成漿料，涂覆到泡沫鎳上后自然晾干。本發明專利技術具有的有益效果是：通過導電聚合物可以提高電極電導率，降低電極阻抗，提高電極活性，提高電池的發電性能；合成的導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑是非鉑催化劑，其成本低廉，有利于燃料電池技術的普及。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及燃料電池領域，具體地說，是一種利用導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合 催化劑的直接液體燃料電池。
技術介紹
采用質子交換膜為電解質的直接液體燃料電池(DLFC)，無需經過卡諾循環，直接將儲 存在液體燃料中的化學能轉變為電能，是一種新型的綠色能源技術。DLFC除了具有其他燃 料電池所共有的能量轉換效率高、低排放、無污染和無噪音等優點，另外還具有獨到的優勢 常溫使甩、結構簡單、燃料攜帶補給方便、體積和重量比能量密度高和紅外信號弱。尤其適 合作小型可移動及便攜式電源，在國防、通訊、電動車等方面有極佳的潛在應用前景。其中 DLFC的液體燃料包括堿性硼氫化鈉溶液，肼溶液，甲醇溶液，乙醇溶液，甲酸溶液等， 本專利技術涉及的液體燃料主要是堿性硼氫化鈉溶液和堿性肼溶液。通常低溫燃料電池都需要以貴金屬材料為催化劑。為降低催化劑的成本，主要從以下兩 個方面展開工作a.提高鉑的利用率，降低其擔載量；b.尋找新的價格較低的非貴金屬催 化劑。為了降低電極鉑用量，通常電極采用高比表面炭為載體制備高分散的鉑/炭催化劑， 以增加銷的表面積，提高鉑的利用率。對非貴金屬催化劑的研究主要集中在含過渡金屬氧化 物、含過渡金屬的大環化合物和過渡金屬等，其中，Mn02和Ag雖然具有較好的催化活性，但 是與鉑相比還是具有一定的差距(Liu等，Journal of Power Sources, 2007, 164: 100; Feng 等，Electrochemistry Communication 2005， 7: 449);另外氮化物、硫化物、硼化物以 及硅化物等用作低溫燃料電池催化劑也有報道，但這些催化劑的性能比較差，研究也比較少。
技術實現思路
本專利技術目的在于克服現有技術中的不足，提供一種利用導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷 復合催化劑的直接液體燃料電池。為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為-提供一種利用導電聚合物修飾碳載氫氧化鈷復合催化劑的燃料電池，包括以泡沫鎳作為基體的負極和以經憎水處理的碳紙或碳布作為基體的正極，所述負極通過以下方式制得將導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑、水、濃度為5 wt。/。的全氟磺酸基樹脂溶液和無 水乙醇按照1:3:7:3 1:6:7:6的質量比例混合調制成槳料，涂覆到泡沫鎳上，自然晾干即 可；所述導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑通過以下步驟制得 (1)導電聚合物修飾的碳載體的制備將碳材料分散到水、甲醇或者氯仿中配成懸濁液，其質量比為1: 10 30;加入冰乙酸 或者鹽酸調節pH值為1 4，室溫攪拌10 30 min;按與碳材料的質量比為1:4 1:5加入 吡咯或噻吩攪拌5 10 min，然后加入濃度為3 30 wt. %的仏02或者FeCl3水溶液20 50 ml, 作為聚合反應的引發劑，室溫攪拌3 10h;產物用溫去離子水洗滌，真空千燥后制得導電 聚合物修飾的碳載體；(2)導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑的制備取前述導電聚合物修飾的碳載體與去離子水配成懸濁液加入三頸燒瓶，其中碳載體與去 離子水的質量比為1:15 1:25;再加入鈷鹽溶液，其中碳載體與鈷鹽的質量比為1:0.2 1:1，攪拌回流加熱至70 90 。C;緩慢加入濃度為0.5 M的堿性硼氫化鈉溶液20 ml作為 還原劑，劇烈攪拌30 60 min后，自然冷卻；用去離子水洗滌過濾后，真空70 90 °。干 燥6 12 h后制得導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑。作為一種改進，所述鈷鹽為下述中的任意一種無機鈷鹽硝酸鈷、氯化鈷、硫酸鈷， 或有機鈷鹽草酸鈷、醋酸鈷。作為一種改進，所述正極通過以下方式制得將導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑、水、濃度為IO wtM的聚四氟乙烯乳液和無水乙醇按照1:3:7:3 1:6:7:6的質量比例 混合調制成漿料涂覆在經憎水處理后的碳布或碳紙上，350 'C烘1 2 h后，自然冷卻至室 溫即可；所述的導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑的擔載量為0.5 15 mg cnT2。作為一種改進，所述作為正極基體的經憎水處理的碳紙或碳布的制備過程如下將碳紙 或者碳布浸沒在10 wt.%聚四氟乙烯乳液中，浸漬2 4min后，用濾紙吸干殘余的聚四氟 乙烯乳液，將基體放入馬弗爐中350 'C煅燒1 2 h，自然冷卻至室溫即可。作為一種改進，該燃料電池以堿性硼氫化鈉水溶液為燃料，以空氣或純氧為氧化劑，以 全氟磺酸基樹脂為電解質，燃料電池的工作溫度范圍為室溫至攝氏80 'C;所述堿性硼氫化 鈉水溶液中含有2. 5 20化％的NaBH4和5 20 wt.。/。的NaOH，余量為水。作為一種改進，該燃料電池以NA的Na0H溶液為燃料，以空氣或純氧為氧化劑，以全 氟磺酸基樹脂膜為電解質，燃料電池的工作溫度范圍為室溫至攝氏80 °C;所述N2H4的NaOH 溶液中含有2. 5 20 wt.%的NA和5 20 wt.%的NaOH，余量為水。本專利技術具有的有益效果是(1) 通過導電聚合物可以提高電極電導率，降低電極阻抗，提高電極活性，提高電池 的發電性能。(2) 合成的導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑是非鉑催化劑，其成本低廉， 有利于燃料電池技術的普及。附圖說明圖1為使用聚吡咯修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑為陽極和陰極催化劑的直接硼氫化鈉燃料電池在室溫下的性能示意圖(燃料5 wt.% NaBH4, 10 wt.% NaOH,標況下，催化劑 擔載量0. 5 mg cm—2);圖2為使用聚吡咯修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑為陽極和陰極催化劑的直接硼氫化 鈉燃料電池在60 r下的性能示意圖(燃料5 wt.% NaBH4， 10 wt.% NaOH,標況下，催化 劑擔載量0.5 mg cm—2);圖3為用聚吡咯修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑為陽極和陰極催化劑的直接肼燃料電 池在室溫下的性能示意圖(燃料15wt.%N2H4, 10 wt.% NaOH,標況下，催化劑擔載量 15 mg crrf";圖4為用聚吡咯修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑為陽極和陰極催化劑的直接肼燃料電 池在60 。C下的性能示意圖(燃料15 wt.% N2H4, 10 wt.% NaOH,標況下，催化劑擔載量 15 mg cm—2);圖5為用聚噻吩修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑為陽極和陰極催化劑的直接肼燃料電 池在室溫和60 'C下的的性能示意圖(燃料15 wt.% N2H4， 10 wt.% NaOH，標況下，催化 劑擔載量10 mg cm—2)。具體實施例方式下面結合具體實施方式對本專利技術進一步詳細描述 實施例1:將10克碳材料加入100 ml甲醇配成懸濁液，加入2 g冰乙酸室溫攪拌20 min，調整 到pH值為1. 0。再加入2. 5 g吡咯單體攪拌7 min，之后加入30 ml 3wt. % FeCl3水溶液作 為聚合反應的引發劑，室溫攪拌3 h。產物用溫去離子水洗滌，真空90 'C干燥12 h,得到 聚吡咯含量為20 wtJ的聚吡咯修飾的碳材料。實施例2:將10克碳材料加入300 ml水配成懸濁液，加入5 g冰乙酸室溫攪拌20 min，調整到 pH值為3. 0。再加入2 g吡咯單體攪拌5 min，之后加入10 ml 30wt. % HA作為聚合反本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種利用導電聚合物修飾碳載氫氧化鈷復合催化劑的燃料電池，包括以泡沫鎳作為基體的負極和以經憎水處理的碳紙或碳布作為基體的正極，其特征在于，所述負極通過以下方式制得：將導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑、水、濃度為５ｗｔ％的全氟磺酸基樹脂溶液和無水乙醇按照１∶３∶７∶３～１∶６∶７∶６的質量比例混合調制成漿料，涂覆到泡沫鎳上，自然晾干即可；所述導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑通過以下步驟制得： （１）導電聚合物修飾的碳載體的制備 將碳材料分散到水、甲醇或者氯 仿中配成懸濁液，其質量比為１∶１０～３０；加入冰乙酸或者鹽酸調節ｐＨ值為１～４，室溫攪拌１０～３０ｍｉｎ；按與碳材料的質量比為１∶４～１∶５加入吡咯或噻吩攪拌５～１０ｍｉｎ，然后加入濃度為３～３０ｗｔ．％的Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］或者ＦｅＣｌ↓［３］水溶液２０～５０ｍｌ，作為聚合反應的引發劑，室溫攪拌３～１０ｈ；產物用溫去離子水洗滌，真空干燥后制得導電聚合物修飾的碳載體； （２）導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑的制備 取前述導電聚合物修飾的碳載體與去離子水配成懸 濁液加入三頸燒瓶，其中碳載體與去離子水的質量比為１∶１５～１∶２５；再加入鈷鹽溶液，其中碳載體與鈷鹽的質量比為１∶０．２～１∶１，攪拌回流加熱至７０～９０℃；緩慢加入濃度為０．５Ｍ的堿性硼氫化鈉溶液２０ｍｌ作為還原劑，劇烈攪拌３０～６０ｍｉｎ后，自然冷卻；用去離子水洗滌過濾后，真空７０～９０℃干燥６～１２ｈ后制得導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷復合催化劑。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李洲鵬，秦海英，勞紹江，郭巖鋒，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：86[中國|杭州]
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