[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

说明书

本申请属于燃料电池技术领域，特别是涉及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。现有的燃料电池，燃料成本高昂，电极结构复杂、成本较高。本申请提供一种基于生物质热解产物的燃料电池，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。利用农林废弃物等生物质热解产物来制造的燃料电池，生产工艺简洁、易于储存运输、价格低廉且绿色可再生。

技术领域

本申请属于燃料电池技术领域，特别是涉及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。

背景技术

燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的发电装置，燃料电池从发明至今已有100多年历史，现如今已被认为是最有前途的电化学能发电装置之一，它是一种通过电化学反应，把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术，具有转化效率高、运行成本低、绿色清洁的优点。现有的燃料电池的燃料是含有氢原子的燃料，例如天然气、石油、煤炭等化石燃料，或者沼气、酒精、甲醇等生物燃料，再以铂等惰性贵金属做电极催化剂。然而，无论是日渐枯竭、价格不断攀升的石化燃料，还是生产工艺繁琐的生物燃料，价格都比较昂贵。此外，贵金属也价格不菲，在燃料电池的造价中，铂催化剂占到了总造价的40％左右。因此，燃料电池因造价太高、化学能源枯竭和氢气储存技术等原因等限制了其商业化发展应用。

生物质能源是直接或间接来源于太阳能，通过植物光合固碳作用，以化学能的形式蕴藏在生物质中的一种清洁能源，具有储量丰富、绿色可再生等特点。生物质热解液体产品-热解油是一种新兴的绿色新能源，主要成分包括酸、醇、酮、酚、醚、酯、糖、呋喃、含氮化合物和多官能团有机化合物等，具有可再生、环保、储存运输便利、储量丰富等优点。热解油可以用于制备液体燃料，或者提取化学品和合成化工产品，是一种很有开发前景的石油基替代品和绿色原料。

而现有的热解油能源化利用过程中，直接燃烧时利用效率较低，同时需要对热解油进行催化加氢、催化裂解等进一步精制后作为液体燃料使用，使得工艺十分繁琐，生产成本较高。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于现有的传统燃料电池，燃料成本高昂，电极结构复杂、成本较高。同时，热解油能源化利用过程中，直接燃烧时利用效率较低、附加值不高，同时需要对热解油进行催化加氢、催化裂解等进一步精制后作为液体燃料使用，使得工艺十分繁琐，生产成本较高的问题，本申请提供了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。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种基于生物质热解产物的燃料电池，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

本申请还提供一种膜电极的制备方法，所述方法包括如下步骤：