[发明专利]一种无膜无氧直接甲醇燃料电池

说明书

本发明涉及一种无膜无氧直接甲醇燃料电池，包括阳极液流场板(1)、阴极液流场板(9)，在阳极液流场板(1)和阴极液流场板(9)之间依次堆叠阳极片、电解液承载腔体(6)和阴极片，所述的电解液承载腔体(6)内含有电解液(5)，阳极使用甲醇为燃料，阴极采用具有高电化学反应活性、高电位的氧化还原电对溶液为氧化剂。与现有技术相比，本发明不仅在很大程度上降低了直接甲醇燃料电池的成本，而且大大降低了电池的欧姆内阻、加快了电极反应动力学，提高了电池的整体性能。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种无膜无氧直接甲醇燃料电池。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是以氢气为燃料，氧气或空气为氧化剂的电化学能量转换装置。其核心结构是夹在氢氧化阳极和氧还原阴极的聚合物电解质膜。氢燃料在阳极催化剂的作用下氧化分解为质子和电子，其中质子通过聚合物电解质膜传输到阴极，同时电子通过外电路传输到阴极，与其中吸附在催化剂上的氧气结合生成水。随着PEMFCs的进步，它正处于商业化的边缘，但在氢燃料的制备技术、储存及运输的经济性等方面还存在着诸多挑战，严重阻碍了其大规模应用的步伐。直接甲醇燃料电池(DMFCS)是将PEMFCs的阳极燃料氢气直接用甲醇代替而形成的一种新型燃料电池体系，不仅实现了燃料易于储存、安全性提高等特点，而且甲醇可以直接通过植物发酵等简易的方法制得，为可再生能源。因此， DMFCs近年来一直备受关注。

就目前DMFCs的发展现状来看，其所使用的聚合物电解质膜要求具有高的质子传导性、良好的热稳定性、化学稳定性和机械性能，这些直接导致了聚合物电解质膜昂贵的价格，从而在很大程度上增加了燃料电池的成本。同时，为了加快 DMFCs阴极缓慢的氧还原反应以改善电池的性能，常常要在阴极使用资源紧缺、价格昂贵的铂基贵金属催化剂，进一步增加了燃料电池的成本。为了提升DMFCs 的性能并降低其成本，国际上大都采用对现有的聚合物电解质膜进行改性修饰、开发新的膜材料、开发新的氧电极用非贵金属催化剂等措施，但仍然没有从根本上解决问题，目前的DMFCs依然存在甲醇渗透造成混合电位、阴极动力学缓慢且易水淹、聚合物电解质膜和阴极催化剂价格昂贵等问题，这些都严重地影响了DMFCs 的性能提升及商业化应用，同时还必须面对现代电子产品对DMFCs提出的越来越高的小体积、高能量密度、低成本的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种既可以降低成本又可以改善性能的无膜无氧直接甲醇燃料电池。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种无膜无氧直接甲醇燃料电池，包括阳极液流场板、阴极液流场板，其特征在于，在阳极液流场板和阴极液流场板之间依次堆叠阳极片、电解液承载腔体和阴极片，所述的电解液承载腔体内含有电解液，阳极使用甲醇为燃料，阴极采用具有高电化学反应活性、高电位的氧化还原电对的溶液为氧化剂。

所述的电解液承载腔体的厚度为0.1-2.0mm。

所述的电解液为浓度0.1-2.0mol/L的硫酸溶液，或浓度0.1-2.5mol/L的高氯酸溶液。

所述的阳极液流场板输入的阳极液为浓度0.1-15.0mol/L的甲醇溶液。

所述的阴极液流场板输入的氧化剂溶液中含有的氧化还原电对包括Fe³⁺/ Fe²⁺、Mn⁷⁺/Mn²⁺或V⁵⁺/V²⁺，其中高价离子与低价离子的浓度比为10:1-3:1。

所述的阳极液流场板和阴极液流场板均采用石墨板。

所述的阳极片通过以下方法制得：将PtRuM/C催化剂加入Nafion乳液和去离子水超声分散20-80min，形成均匀的催化剂浆料，然后将所制得的催化剂浆料均匀地涂覆在阳极扩散层两侧，再在真空烘箱中60-120℃下干燥2-12h，制得阳极片；