一种基于生物质热解产物的燃料电池制造技术

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。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。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物质热解产物的燃料电池
本申请属于燃料电池
，特别是涉及一种基于生物质热解产物的燃料电池。
技术介绍
燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的发电装置，燃料电池从专利技术至今已有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。
技术实现思路
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。3.有益效果与现有技术相比，本申请提供的一种基于生物质热解产物的燃料电池的有益效果在于：本申请提供的一种基于生物质热解产物的燃料电池，通过在膜电极的阴离子交换膜上设置热解碳粉层，将生物质热解加工技术和热解副产物充分运用于燃料电池，在保证电池性能的同时降低其生产成本并提高燃料电池的绿色环保性。将热解油作为燃料电池燃料，不仅原料来源广泛、生产工艺简洁、易于储存运输，而且价格低廉、绿色可再生，有助于减少燃料电池对化石燃料的依赖，因此为燃料电池提供一种优质的可再生廉价燃料。同时，开辟了生物质利用的新途径，实现了农林废弃物的全组分高值化利用。附图说明图1是本申请的一种基于生物质热解产物的燃料电池的结构示意图；图2是本申请的一种基于生物质热解产物的燃料电池结构分解示意图；图中：1-第一夹具、2-阳极极板、3-膜电极、4-阴极极板、5-第二夹具、6-第一表面、7-第一沟槽、8-第二表面、9-第二沟槽。具体实施方式在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，发电效率高；另外，燃料电池结构简单，运动部件少，工作时噪声很低，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。它主要由四部分组成，即阳极，阴极、电解质和外电路。在燃料电池工作时，燃料在阳极(又称燃料极)发生氧化反应失去电子，而氧气等氧化剂在阴极(又称空气极)发生还原反应得到电子，导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移，电子通过外电路迁移并构成电的回路，产生电流。生物质热解是指在隔绝或少量供给氧化剂的条件下，一定温度范围内，利用热能切断生物质大分子中的化学键，使之转化为低分子物质的转化过程。生物质热解产物主要包括固体(热解碳)、液体(热解油)、气体(可燃气)三类产品。热解油是农林生物质热裂解后冷凝得到的液态产物，能量密度高、易于储存运输，是很有发展潜力的绿色能源和化工原料；热解碳中碳元素含量高、化学结构丰富，可以作为活性炭、电极等生产原料，而不可冷凝气体则可以作为热解过程的反应热源和过程载气循环使用。热解油是一种黑褐色、带有烟熏或者酸味的可自然流动的液体，由来源于纤维素、半纤维素以及木质素等解聚生成的复杂混合物构成。从化学成分上讲，热解油由一部分水、少量固体颗粒以及酸、醇、酮、醛、酚、酯、醚、糖、呋喃、氮氧化物等数百种有机化合物组成。生物质热解油呈酸性，化学成分十分丰富、能量密度高。因此，迫切需要一个绿色、清洁、高效的能源化利用方式，而利用热解油中富含糖类等还原性物质的特点，可以直接作为燃料电池燃料进行发电。生物质基炭材料具有大的比表面积、好的抗腐蚀性、化学稳定性和热稳定性以及导电性，具备作为生产电极材料的潜力。电池电堆是对于燃料电池来说，由一组电极和电解质板构成的单体电池工作时的输出电压较低，电流密度约较小。为获得高的电压和功率，通常将多个单电池串联，构成电池堆。相邻单电池间用双极板隔开，双极板起上下单电池串联和提供气体流路的作用。电池堆安装在圆形或矩形的压力装置中。参见图1～2，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1、阳极极板2、膜电极3、阴极极板4和第二夹具5，所述阳极极板1包括第一表面6，所述第一表面6上设置有若干第一沟槽7，所述阴极极板4包括第二表面8，所述第二表面8上设置有若干第二沟槽9；所述膜电极3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7为氧气通道，所述第二沟槽9为热解油燃料通道。这里的热解油制备方法如下：由经过生物质快速热解得到的粗制热解油与浓度为4～8mol/LKOH溶液配制而成，其中生物质热解油占比30％～60％。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1和所述第二夹具5本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：任学勇，李林蔚，刘新颖，樊永明，常建民，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11