[发明专利]一种基于生物质热解产物的燃料电池及膜电极的制备方法

权利要求书

1.一种基于生物质热解产物的燃料电池，其特征在于：包括若干串联的电池单元，所述电池单元从上到下依次

包括第一夹具、阳极极板、膜电极、阴极极板和第二夹具，所述阳极极板包括第一表面，所述第一表面上设置有若干第一沟槽，所述阴极极板包括第二表面，所述第二表面上设置有若干第二沟槽；

所述膜电极包括阴离子交换膜和催化剂层，所述阴离子交换膜上设置有热解碳粉层。

2.如权利要求1所述的基于生物质热解产物的燃料电池，其特征在于：所述第一沟槽为氧气通道，所述第二沟槽为热解油燃料通道。

3.如权利要求1所述的基于生物质热解产物的燃料电池，其特征在于：所述阴离子交换膜包括壳聚糖类阴离子交换膜、聚砜类阴离子交换膜、苯醚类阴离子交换膜或者氟乙烯类阴离子交换膜。

4.如权利要求1～3中任一项所述的基于生物质热解产物的燃料电池，其特征在于：所述第一夹具和所述第二夹具上设置有螺纹孔，所述电池单元通过螺钉进行紧固。

5.如权利要求1所述的基于生物质热解产物的燃料电池，其特征在于：所述第一夹具、阳极极板、膜电极、阴极极板和第二夹具均是由不锈钢材料制成。

6.一种膜电极的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)取热解碳粉，依次加入铂、离子交换树脂、乙炔黑和粘结剂后，进行混合；

2)将步骤1)中的混合物加入到分散剂中，通过超声震荡进行充分混合；

3)将步骤2)中的混合物涂覆于阴离子交换膜两侧，放入热压机中，在温度120℃～150℃、压力0.5～5MPa下进行热压2～8min。

7.如权利要求6所述的膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中热解碳粉的制备方法包括如下步骤：

a.将生物质热解碳粉在酒精中浸泡，清洗完毕后于自然风干24h；

b.在惰性气氛下于管式炉中以1～5℃/min升温速率加热到500～700℃并保温2～4h进行一次碳化后，自然冷却至室温；

c.在惰性气氛下于管式炉中5～10℃/min升温速率加热到900～1100℃并保温1～3h进行二次提纯碳化。

8.如权利要求7所述的膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤a中生物质热解碳粉的制备方法为：取生物质材料进行干燥至含水率10％以下，粉碎至粒径40～60目，然后在快速热解设备中发生热裂解液化反应后，进行气固分离，固相产物收集后即为生物质热解碳粉。

9.如权利要求6所述的膜电极的制备方法，其特征在于：所述热解碳粉的量为膜电极面积的1～5mg/cm²，所述铂的量为所述热解碳粉质量的0.3％～3％，所述离子交换树脂的量为所述膜电极催化剂层质量的20％～50％，所述乙炔黑的量为所述膜电极催化剂层质量的3％～5％，所述粘结剂的量为所述膜电极催化剂层质量的5％～10％。

10.如权利要求8所述的膜电极的制备方法，其特征在于：所述热裂解液化反应温度为450～550℃，其中气相停留时间＜2s。