燃料电池电极及燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池电极，该电极包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。本发明专利技术进一步涉及一种燃料电池。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池电极及燃料电池
本专利技术涉及一种燃料电池电极及燃料电池。
技术介绍
随着化石燃料的日益枯竭及化石燃料引起的环境污染，人们努力去寻找新的清洁能源。目前，最具有应用前景的是燃料电池，燃料电池作为一种把有机小分子的化学能转化成电能的能源，具有低噪声、可持续、无污染的优点。燃料电池装置的性能与其电极材料中的催化剂性质密切相关，当前燃料电池中的催化剂的活性较低，稳定性较差且价格昂贵，成为了制约燃料电池发展的主要因素，因此开发高效、稳定的电催化剂，是解决当前能源问题的一个重要途径。当前，人们采用低维纳米催化剂作为新的电催化剂，常见的低维纳米催化剂可以为纳米颗粒、纳米棒、纳米花等形状，该低维纳米催化剂具有很大的比表面积。在应用该低维纳米催化剂时，需要引入各种各样的添加剂，用来支撑催化剂以及收集电子，这些引入的添加剂会导致电极的接触内阻增大，降低了催化剂的活性。为了解决上述问题，目前人们采用纳米多孔金属来作电极材料，该多孔金属为Pt、Pd、Au、Ag、Cu、Ni等这类本身就具有催化活性的过渡金属，这些金属可以直接用于电催化和收集电子。然而，请参阅图1，该皱缩的纳米多孔金属存在韧带连接不完整的现象，容易发生断裂，使电极材料的韧性差及导电性差，从而减少燃料电池电极及燃料电池的使用寿命。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种使用寿命较长的燃料电池电极及燃料电池。一种燃料电池电极，该电极包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。一种燃料电池，包括正极、负极、电解质以及分别设置于所述正极和负极的气体流路，该正极与负极分别设置于所述电解质的两侧，所述气体流路用于供给燃料气体和氧化剂气体，所述正极或负极包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。与现有技术相比较，本专利技术提供的燃料电池电极及燃料电池中碳纳米管固定于所述多孔金属结构的表面，且由于碳纳米管具有良好的机械强度及韧性，所述多孔金属复合结构不容易断裂，提高了燃料电池电极及燃料电池的韧性。附图说明图1是现有技术中褶皱的纳米多孔金膜在高倍下的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例提供的形成有MnO2的多孔金属复合结构在高倍镜下的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构在低倍镜下的扫描电镜图。图4是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构在高倍镜下的扫描电镜图。图5是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构的扫描电镜图。图6是本专利技术实施例图5中褶皱部的结构示意图。图7是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构制备方法的流程示意图。图8是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构中纳米多孔金膜的扫描电镜表征图。图9是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构中第二复合结构的扫描电镜表征图。图10是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构中第二复合结构的扫描电镜图。具体实施方式以下将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的燃料电池电极及燃料电池作进一步详细说明。本专利技术提供一种燃料电池电极，该电极为多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括多孔金属结构和一个碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。所述燃料电池电极可仅由多孔金属复合结构组成，因为一方面所述碳纳米管结构具有良好的机械强度、韧性和导电性，另一方面多孔金属结构和碳纳米管结构均具有良好的催化性能，所以该多孔金属复合结构既有导电性又有催化性，可以同时收集电子和进行催化反应。请参阅图2，所述燃料电极可进一步包括催化材料，该催化材料设置于所述多孔金属复合结构的表面。进一步，所述催化材料位于碳纳米管结构中相邻碳纳米管之间的间隙和多孔金属结构的韧带上。所述催化材料与多孔金属结构一体化，无需引入任何添加剂，降低了燃料电池电极的内部电阻，提高了燃料电池电极的导电性。该催化材料可以为金属氧化物、金属等，能够进一步提高燃料电池电极的催化性能。所述纳米金属氧化物可以为Co3O4、MnO2、TiO2等材料，所述催化材料的形状可以为纳米颗粒、纳米片、纳米花等。所述燃料电池电极可以为正极或负极。本实施例中，将多孔金属复合结构放入含有KMnO4和水合肼的水溶液中，KMnO4被还原形成MnO2颗粒，MnO2颗粒形成在碳纳米管结构的表面、碳纳米管结构中相邻碳纳米管之间的间隙及多孔金属结构的韧带上。请参阅图3及图4，该多孔金属复合结构包括多孔金属结构和一个碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。所述多孔金属结构可以为多孔金属膜、多孔金属纳米片等任意结构。所述多孔金属结构呈三维网状，所述多孔金属结构包括多个韧带，该多个韧带之间形成多个孔，所述多个孔可以呈规则分布，如三维双连续网络形式分布，也可以呈不规则分布。所述韧带的材料为金、银、铂中的任意一种。该多个孔的孔径为纳米级，优选的，所述多个孔的孔径小于1000nm。所述碳纳米管结构可以通过一连接材料固定于所述多孔金属结构表面。具体地，所述碳纳米管结构中的碳纳米管与所述多孔金属结构中的韧带接触形成多个接触面，该接触面周围设置有连接材料，使碳纳米管结构不容易脱离多孔金属结构的表面。优选的，所述连接材料将所述接触面包裹住。所述连接材料可以为有机粘结材料或金属材料。所述有机粘结材料可以为萘酚等具有粘结作用的材料，所述金属材料可以为Au、Ag、Cu等。优选的，所述金属材料与所述多孔金属结构的材料相同，减小金属材料与多孔金属结构中韧带的接触电阻。请参阅图5及图6，所述多个褶皱部100相互连接形成一连续结构。该褶皱部100由多孔金属结构110和碳纳米管结构120共同弯折构成。这一点也可以从上述图3中看出。在所述褶皱部100处，碳纳米管结构120的褶皱处的碳纳米管可以沿同一方向延伸。具体的，碳纳米管之间通过范德华力首尾相连且沿同一方向排列。可以理解，碳纳米管结构的排列方向也可以不限。所述褶皱部为不可逆转的变形。由于碳纳米管具有良好的韧性，碳纳米管横穿所述褶皱部，起到加固所述褶皱部的作用，碳纳米管结构与所述多孔金属结构固定形成的多孔金属复合结构具有良好的韧性，褶皱部不容易发生断裂，该多孔金属复合结构具备自支持的性能。请参阅图7，本专利技术实施例进一步提供一种多孔金属复合结构的制备方法，其包括以下步骤:步骤S20，提供一基板；该基板的材料选择受热能够收缩的材料。优选的，所述基板为塑料板，该塑料板的材料为聚苯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲醇乙二酯等。本实施例中，该塑料板的材料为聚苯乙烯。步骤S30，在所述基板的表面固定多孔金属结构，形成第一复合结构；所述固定的方法不限，在某个实施例中，可以通过加热所述基板，使基板稍微熔化从而粘住所述多孔金属结构，优选的，将基板与多孔金属结构在80℃的温度下加热30min～60min；在另外一个实施例中，通过在所述基板与所述多孔金属结构的接触面周围生长金属，具体的，将所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池电极，其包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电极，其包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。2.如权利要求1所述的燃料电池电极，其特征在于，所述燃料电池电极进一步包括催化材料，该催化材料设置于所述多孔金属复合结构的表面。3.如权利要求1所述的燃料电池电极，其特征在于，所述褶皱部由多孔金属结构和碳纳米管结构共同弯折构成。4.如权利要求3所述的燃料电池电极，其特征在于，所述褶皱部处的碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向延伸。5.如权利要求1所述的燃料电池电极，其特征在于，所述多个褶...

【专利技术属性】
技术研发人员：付红颖，李文珍，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11