[实用新型]一种合金-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直接甲醇燃料电池。

背景技术

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell, DMFC）具有能耗少、能量密度高、甲醇来源丰富、价格便宜、系统简单、运行便捷和噪声低等优点，被认为是未来汽车动力和其它交通工具最有希望的化学电源，引起人们的广泛关注。DMFC最关键的材料之一是电极催化剂，它直接影响电池的性能、稳定性、使用寿命及制造成本。贵金属Pt在低温条件下（小于80℃）具有优异的催化性能，目前DMFC的电极催化剂均以Pt为主要成分，其中PtRu催化剂比纯Pt具有更强的抗CO中毒性能和更高的催化活性，被认为是目前DMFC最佳的催化剂，但是由于其价格昂贵、Ru易溶等缺陷，在DMFC中的利用率还达不到商业化的要求。人们进行了大量研究制备多元复合催化剂以提高其催化活性，提高抗CO毒化能力。TiO₂掺杂如PtRuTiO_X/C 和Au/TiO₂PtRu催化剂或作为载体如PtNi/TiO₂、PdAg/TiO₂、PdNi/TiO₂等，可以减少催化剂中贵金属Pt的用量或制备非铂催化剂，降低催化剂制造成本，提高催化性能和抗CO毒化能力，具有应用前景。PdNi合金、PdCo合金、RuNi合金、RuAg合金、PdAg合金等沉积到TiO₂纳米管表面, 合金-TiO₂纳米管/Ti用作直接甲醇燃料电池阳极，对甲醇具有良好的催化性能和抗CO毒化性能，还未见报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可降低直接甲醇燃料电池催化剂成本，提高其催化活性和抗CO毒化能力的合金-TiO₂纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池。

本实用新型的技术解决方案是：

一种合金-TiO₂纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池， 包括电池外

壳（1），电池外壳中设置膜电极（4），外壳（1）与膜电极（4）之

间为空气室（2），膜电极（4）内设置电解液室（6），其特征在于：

所述膜电极（4）由外至内依次阴极扩散层（7）、阴极催化剂层（8）、Nafion膜（9）及合金-TiO₂纳米管/Ti阳极，所述合金-TiO₂纳米管/Ti阳极由多孔钛管（10）、TiO₂纳米管（11）、电镀沉积的纳米合金层（12）组成；合金-TiO₂纳米管/Ti阳极首先由多孔钛管内层阳极氧化形成TiO₂纳米管，然后电镀沉积纳米合金而成；

阴极扩散层（8）与电池外壳（1）通过焊接点连接设置为阴极输出端（3），阳极扩散层与电池外壳通过焊接点连接设置为阳极输出端（5），外壳的电解液室部位设置加料孔（15）及加料密封盖（16），外壳的空气室（2）部位设置空气流通孔（13），外壳的空气室（2）底部设置水排放孔（14），外壳的阳极扩散层底部设置CO2排放孔（17）。

进一步的：所述阴极输出端（3）采用不锈钢、铜或钛材料，阳极输出端（5）采用不锈钢、铜或钛材料；加料密封盖（16）采用聚四氟乙烯。

用于所述直接甲醇燃料电池的合金-TiO₂纳米管/Ti阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）多孔钛管的前处理：丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗；400 g/L的CrO₃和350 g/L的H₂SO₄处理3分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，1 mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；

（2）TiO₂纳米管/Ti的制备：将处理好的多孔钛管外层进行绝缘处理后在电解液中进行阳极氧化；电解液的组成：0.5%-1%的HF，1mol/L的H₂SO₄；电解电位20 V，电解时间30-120 分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500 ℃ 焙烧3小时得TiO₂纳米管/Ti；