[发明专利]具备均相辅助催化及多孔碳载铂催化的直接甲醇燃料电池

说明书

本发明涉及燃料电池技术，旨在提供一种具备均相辅助催化及多孔碳载铂催化的直接甲醇燃料电池。该电池中甲醇燃料制备：取1升质量浓度5～10wt％的硫酸，加热至50～70℃；加入0.1～1mol的V₂O₅，搅拌下反应5h，过滤得到(VO₂)₂SO₄硫酸溶液；冷却至室温后，加入1～4升质量浓度50～60wt％的甲醇水溶液，混合均匀使(VO₂)₂SO₄转变为(VO)SO₄，得到含助催化剂(VO)SO₄的改性甲醇燃料。本发明中，通过VO²⁺离子的助催化作用，避免铂催化剂表面在甲醇电化学氧化过程中发生氧化和一氧化碳中毒；通过碳载铂的高活性以及液相VO²⁺离子的助催化作用的协同，提高直接甲醇燃料电池性能。(VO)SO₄可以循环利用，能有效降低成本，有利于甲醇燃料电池的应用和普及。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种具备均相辅助催化及多孔碳载铂催化的直接甲醇燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种直接将储存在燃料中的化学能转变为电能的能量转换装置，由于其无需经过卡诺循环，能量密度和能量转换效率高，是一种新型的绿色能源技术。近几年来，由于燃料电池(Fuel Cell)的技术获得创新突破，再加上环保问题与能源不足等多重压力相继到来，各国政府与汽车、电力、能源等产业渐渐重视燃料电池技术的发展。燃料电池是高效率、低污染、多元化能源的新发电技术。燃料电池使用醇类、天然气、氢气、硼氢化钠、肼等燃料转换成电流，使其能持续产生电力，不需二次电池的充放电程序。充电时，只要再装进燃料即可。燃料电池，简单的说就是一个发电机。燃料电池是火力、水力、核能外第四种发电方法。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是移动式和便携式电源领域最有前景的技术之一。虽然PEMFC技术已经日趋成熟，然而其商品化还面临一个难以解决的问题，即氢的生产和储运。氢的储运主要有两种方式：第一，高压气瓶储氢，缺点在于体积比能量低，对设备要求高，并存在一定的安全隐患；第二，利用重整气给燃料电池进料，这必然使燃料电池系统复杂化，增加成本。人们尝试寻找其它的替代燃料以克服PEMFC的技术障碍，其中以有机小分子居多。

对于直接甲醇燃料电池来说，燃料不存在储运困难的问题，但是反应活性低且极易使催化剂中毒，造成电池性能的低下。

甲醇在铂催化剂上的电化学氧化由多个基元反应构成：

其中反应(5)是甲醇电化学氧化的速度控制步骤。直接甲醇燃料电池性能低于氢燃料电池的主要原因之一在于甲醇电化学氧化的中间产物CO吸附在铂的活性位上，难以进一步被氧化。催化剂催化能力决定电极反应速率，而助催化剂是强化催化反应的重要手段之一。为了加速CO的电化学氧化，通常采用铂和助催化过渡金属形成的合金催化剂，如PtRu。在Ru元素的位置上可形成羟基团(OH)，吸附在铂活性位上的CO在OH的作用下氧化成CO₂和H₂O，从而消除CO的吸附，重新获得铂活性位，但是，反应(5)仍然是甲醇电化学氧化的速度控制步骤，强化氧化铂的还原仍然是提高直接甲醇燃料电池性能的关键因素。燃料电池发电性能(功率和效率)主要取决于电极反应和各种欧姆阻抗。合金化是目前采用助催化的主要手段，但固体助催化剂由于担载面积与助催化剂存在冲突，增加助催化剂的担载量必将导致主催化剂担载量的降低，因此无法使主催化剂和助催化剂的作用的发挥最大化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种具备均相辅助催化及多孔碳载铂催化的直接甲醇燃料电池。