[发明专利]硫酸氧化钒均相辅助催化的直接甲酸燃料电池

权利要求书

1.一种含(VO)SO₄均相助催化剂的改性甲酸燃料，其特征在于，是通过以下步骤制备获得的：

取一升质量浓度98 wt %的浓硫酸加热至70~90℃；加入0.1~1 mol 的NH₄VO₃，搅拌反应5 h；冷却至室温后，加入1~4升质量浓度30~60 wt%的甲酸水溶液，得到含(VO)SO₄均相助催化剂的改性甲酸燃料。

2.利用权利要求1所述含(VO)SO₄均相助催化剂的改性甲酸燃料的直接甲酸燃料电池，其特征在于，是通过以下步骤制备获得的：

（1）取0.2克粉末状的碳载Pd催化剂放入研钵中，与作为粘合剂的阴离子交换树脂悬浊液进行研磨；然后加入乙醇和水，混合均匀得膏状物，控制催化剂、阴离子交换树脂悬浊液、乙醇、水的质量比为1∶7∶3∶3；将膏状物涂敷在亲水碳纸上，阴干后在温度150 ^oC、压力100kg cm^-2下压制成型，制得阳极；

（2）取0.2克粉末状的碳载Pd催化剂放入研钵中，与作为粘合剂的阳离子交换树脂悬浊液进行研磨；然后加入乙醇和水，混合均匀得膏状物，控制催化剂、阴离子交换树脂悬浊液、乙醇、水的质量比为1∶7∶3∶3；将膏状物涂敷在憎水碳纸上，阴干后在温度150 ^oC、压力100kg cm^-2下压制成型，制得阴极；

（3）将阳极和阴极的催化剂层侧与隔膜相对，按常规方式组装形成三明治结构；将阳极-隔膜-阴极结构与开有燃料进出口和氧气进出口，刻有流道的石墨电极板、密封圈组装成燃料电池；

（4）从燃料进口加入含有均相助催化剂的甲酸溶液，使其流过阳极；通入氧气使其流过阴极，接上负载即能实现燃料电池发电。

3.根据权利要求2所述的直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阴离子交换树脂悬浊液的质量浓度为5wt%；其制备方法包括以下步骤：

（1）将阴离子交换树脂置于质量浓度10wt%的甲酸溶液中酸煮2 h，用去离子水洗涤后进行干燥处理，得到甲酸处理阴离子交换树脂；

（2）按质量比5:5:90取甲酸处理阴离子交换树脂、聚苯并咪唑和N甲基吡咯烷酮，在ZrO₂球磨罐中球磨2 h，混匀配制成阴离子交换树脂悬浊液。

4.根据权利要求2所述的直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳离子交换树脂悬浊液的质量浓度为5wt%；其制备方法包括以下步骤：

按质量比5:5:90取阳离子交换树脂Nafion、聚苯并咪唑和N甲基吡咯烷酮，在ZrO₂球磨罐中球磨2 h，得到阳离子交换树脂悬浊液。

5.根据权利要求2所述的直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述碳载Pd催化剂通过以下步骤获得：

（1）按质量比1:1取葡萄糖和尿素，将其溶解于2倍于葡萄糖质量的去离子水中，得到葡萄糖尿素溶液；将氯化钯溶解于30倍质量的去离子水中后，再按氯化钯与尿素摩尔比为1:2加入到葡萄糖尿素溶液中，滴加 10wt% 盐酸使pH值处于1；

（2）将混合液置于85 ℃水浴中，充分搅拌进行聚合反应；反应45分钟后，加入市贩碳载体XC-72，控制碳载体与氯化钯质量比为90:10；搅拌1 h形成悬浊液后，喷雾干燥得到前驱体；

（3）将前驱体置于管式炉中，在N₂气氛保护下，先以10 °C min^-1的速率升温至160°C；保温2 h，进行预聚体的充分聚合；再以同样的速率升温至 900 °C，保温2 h，完成碳化过程；随炉冷却后研磨粉碎，用去离子水清洗、过滤、真空干燥，得到碳载Pd催化剂。

6.根据权利要求2所述的直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述碳载Pd催化剂的粒径﹤400目。

7.根据权利要求2所述的直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述亲水碳纸和憎水碳纸的面积为2×2平方厘米。

8.根据权利要求2所述的直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述隔膜是质子交换膜。