[发明专利]以过氧化氢处理提高直接炭燃料电池炭活性的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种改善直接炭燃料电池的性能的方法，具体地说是一种利 用过氧化氢(H₂O₂)处理提高熔融碳酸盐型直接炭燃料电池(MCDCFC)炭阳极电化 学活性的方法。

(二)背景技术

燃料电池是一种直接将化学能高效、环境友好地转变为电能的电化学器件， 是一种绿色能量转换装置，可同时解决节能和环保两大世界难题。以固体炭直接 为燃料的的MCDCFC具有效率高、污染小和噪音低等诸多优点，是一种绿色电站， 其反应原理示意如下：

阳极：C+2CO₃^2-→3CO₂+4e^-                (1)

阴极：O₂+2CO₂+4e^-→2CO₃^2-               (2)

总反应：C+O₂→2CO₂                      (3)

目前，提高MCDCFC的固体炭阳极活性的方式主要有升高温度、减小炭粒径和酸碱 处理等方式，升高温度来提高炭阳极活性不仅浪费能源，而且增高了材料的耐腐 蚀和耐高温性能；依靠减小炭粒径来提高炭阳极活性是有限度的，也就是说炭粒 径不能无限地减小下去。造成炭电化学活性低的主要原因是由于炭是非亲水性 的，对于极性的溶剂亲和力低，又由于炭的表面总会存有Na，K，Si，Al，Zn，P， N，Fe，Ca和其它一些元素，所以CO₃^2-难以同炭表面进行有效地接触，不利于(1) 式的反应，导致炭的电化学活性较小。酸、碱处理虽然能解决上述问题，但酸处 理的残余物可能引入酸根阴离子杂质，碱处理的残余物可能引入碱的阳离子杂 质。可参阅王贵领，王静，曹殿学等，炭在熔融碳酸盐中的直接电化学氧化性能. 高等学校化学学报，2008，29(9)：1829-1833.。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能从而减少了炭阳极的灰分杂质，增大炭阳极的 比表面积和反应活性，同时又不引入新的杂质的以过氧化氢(H₂O₂)处理提高直 接炭燃料电池炭活性的方法。

本发明的目的是这样实现的：

按照H₂O₂与炭的体积比为1～3∶1的比例，将炭阳极在室温下在H₂O₂中浸泡 时间0.5～2h，其中H₂O₂的浓度为1～3M。

所述的H₂O₂是不同浓度的H₂O₂水溶液。

本发明提出了一种用H₂O₂处理提高MCDCFC炭阳极性能的方法，碱处理克服 了现有炭阳极灰分大，亲水性小和比表面低等缺点，解决了MCDCFC炭阳极放电 电流小的问题。其特征在于炭阳极在使用前用H₂O₂进行处理，从而增大了炭阳极 的比表面积和反应活性，同时又不引入新的杂质。本发明的实质是在MCDCFC的 基础上，通过预先对炭进行H₂O₂处理，加大了炭电化学性能，提高了炭阳极的放 电性能。

本发明的优点在于采用H₂O₂处理MCDCFC的阳极炭，H₂O₂处理首先能清除或大 部分地清除活性炭的杂质，减少炭中的灰分杂质，进而增大炭的比表面积和总的 孔体积；第二可以使炭的表面暴露出更多的不饱和碳原子、缺陷、位错和断层， 这些位置有很多的未成对电子，有很强的吸附作用；第三H₂O₂处理可能氧化炭表 面的基团，产生更多的含氧基团，而这些含氧基团可以降低炭的疏水性；第四不 会由于前处理而引入新的杂质。因而能显著提高以炭粉为燃料的MCDCFC的性能。

(四)具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述：

具体实施方式1