一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法，包括以Ag/C作为肼氧化的催化剂，并将Ag/C颗粒与PTFE乳状液粘结剂混合，高温烧结后制备成阳极片；以碳粉为Fe(III)还原的催化剂，并将碳粉颗粒与PTFE乳状液粘结剂混合，高温烧结后制备成阴极片，将阳极片和阴极片置于Nafion膜两边，热压形成膜电极集合体。将该膜电极集合体把阳极液和阴极液分隔开，组成肼/Fe(III)燃料电池。所述阳极液为含肼的1mol L-1 NaOH溶液，阴极液为含Fe(III)的电解质溶液。本发明专利技术的肼燃料电池以Fe(III)为氧化剂代替常规的氧气作为氧化剂，电池的开路电位大。电池避免了使用铂或钯等成本高的电极材料，降低了电池生产成本，Fe(III)还原反应的速度快，电池能稳定放电，且其结构简单，维护方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新能源技术与燃料电池
，具体涉及到。
技术介绍
肼是燃料电池的一种理想的燃料，因为它具有很高的理论比能量。此外，肼作为燃料时，它被氧化为氮气，没有任何有毒物质产生。因此，肼燃料电池具有广泛而重要的实际应用价值。目前，肼燃料电池采用的氧化剂主要是氧气(或空气)，由此组成肼/氧气(空气)燃料电池，它所对应的阳极和阴极反应为: 阳极反应: N2H4+40H — N2+4H20 + 4e(1)E° = -1.16V vs SHE阴极反应: 202+4H20+8e' — 80H'(2)E° = 0.4V vs SHE 因此，这种燃料电池的理论电压达到1.56V。但在实际运行中，由于阳极和阴极催化剂的催化活性有限，导致电池的电压远小于1.56V。在上述通常的肼/氧气(空气)燃料电池中，作为阴极反应的氧还原反应是一个动力学上的慢反应，即氧还原反应的速度很小，严重限制了整个电池的能量输出。金属铂是氧还原反应最优异的催化剂，但反应的过电位仍很高，且铂是一种资源稀少、价格昂贵的金属，因此铂的大规模实际应用几乎是不可能实现的。虽然目前研究、开发了一些非铂类的氧还原反应电催化剂，但它们的电催化活性和稳定性仍然存在许多问题，离实际应用还存在很长的距离。铁是地球上资源丰富、资源广泛以及成本低廉的金属，三价的金属铁Fe3+(用Fe(III)表示)是一种容易获取的低成本的铁盐。Fe(III)还是一种稳定、且具有较强氧化性的氧化剂，它还原为Fe2+ (用Fe(II)表示)的反应如下: Fe3+ + e — Fe2+(3)E°= 0.771V vs SHE 反应(3)可以在很多廉价的催化剂上快速进行，而且反应(3)的电位比反应(2)在高，电池的理论电压高达1.93V。因此，采用Fe(III)为氧化剂与肼组成燃料电池，不仅可以避免通常的肼/氧气(空气)燃料电池的缺陷，而且对于某些特定场合，如空气不足的密封场所，这种燃料电池显然更具有明显的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以Fe (III)为氧化剂的肼燃料电池，该电池结构简单，成本低，而且阴极反应速度快。本专利技术的目的还提供了一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的实施方案为:将碳粉负载的银纳米颗粒(Ag/C)粘贴在不锈钢网表面作为阳极片，以碳粉粘贴在不锈钢网表面作为阴极片，分别将阳极片、Naf1nll7离子交换膜和阴极片热压成型，组成膜电极，阳极液为含肼的lmol L1 NaOH溶液，其特征在于，阴极液为含氯化铁(FeCl 3)、硫酸铁(Fe 2 (SO 4 ) 3)、硝酸铁(Fe(N0 3 ) 3)或醋酸铁(Fe (Ac) 3的电解质溶液。所述电解质溶液为lmol L1 NaCl溶液，或0.5 mol L 溶液，或lmol L他104溶液，或lmol L1 HC1溶液。本专利技术还提供一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法，包括以下步骤: (1)称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒，加入无水乙醇超声分散50~70min，超声过程中慢慢滴加聚四氟乙烯乳状液，随后搅拌50~70min，将形成的悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上，将电极在氮气氛围下240°C烘30min，随后在340°C下烧结lh，用压片机压成所需要的阳极片； (2)称取碳粉颗粒，加入无水乙醇，超声分散50~70min，超声过程中慢慢滴加聚四氟乙烯乳状液，随后搅拌50~70min，将形成粘稠的悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上，将电极在氮气氛围下240°C烘30min，随后在340°C下烧结lh，然后用压片机压成所需要的阴极片； (3)将Naf1nll7离子交换膜在2.5 % H202水溶液中煮沸0.5 h，然后再在80°C去离子水中加热处理1 h，之后再在0.5 M NaOH溶液中煮沸1 h，最后再在80°C去离子水中处理两次，每次0.5 h，得到钠型化Naf1n膜，置于去离子水中保存、备用； (4)依次将阳极片、钠型化Naf1n膜、阴极片叠放在一起，在65°C、1.0MPa压力下热压2min，冷却后组成膜电极，备用； (5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开，组成肼/Fe(III)燃料电池。所述阳极液为含0.01 mol L1 0.lmol L 1 餅的 lmol L 1 NaOH溶液，阴极液为含0.1 mol L1 0.6molL'Fedll)的电解质溶液。步骤(1)中，所述Ag/C颗粒、无水乙醇、聚四氟乙烯乳状液的配比为60~140g:l~4ml:0.03-0.09ml，所述聚四氟乙烯乳状液中PTFE质量分数为60%。步骤(2)中，所述碳粉颗粒、无水乙醇、聚四氟乙烯乳状液的配比为200~400mg:4~15mL:0.1-0.35 ml，所述聚四氟乙烯乳状液中PTFE质量分数为60%。步骤(5)中，所述阳极液为含0.01-0.lmol L 1肼的lmol L 1 NaOH溶液，阴极液为含0.1 -0.6mol I/Fedll)的电解质溶液。所述Fe (III)为氯化铁(FeCl 3)、硫酸铁(Fe 2 (SO 4) 3)、硝酸铁(Fe(N0 3 ) 3)或醋酸铁(Fe (Ac) 3，所述电解质溶液为lmol L1 NaCl溶液，或0.5 mol L 溶液，或lmol L 溶液，或lmol L 1 HC1溶液。本专利技术采用银/碳粉纳米颗粒为肼氧化的催化剂，以碳粉为Fe (III)还原反应的催化剂，以Naf1nll7膜为离子隔膜将阳极反应与阴极反应隔开，利用碱性溶液中肼氧化反应(阳极反应)和Fe(III)还原反应(阴极反应)组成一种肼/Fe(III)燃料电池。阴极反应采用的催化剂的成本低、但电催化活性很高，而且作为氧化剂的Fe(III)资源广，避免了使用铂或钯等成本高的电极材料，生产成本低。本专利技术使用Fe (III)作为氧化剂，大大提高了阳极反应速度，电池能稳定放电，且电池结构简单，维护方便，生产成本大大下降。电池的开路电位大。【附图说明】图1为本专利技术结构图。图中，1、阳极液(含不同浓度肼的lmol L 1 NaOH溶液)，2、阳极片，3、离子膜，4、阴极片，5、阴极液(含不同浓度Fe (III)的不同电解质溶液)。【具体实施方式】实施例1: 如图1所示，一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池，包括阳极片2、阴极片4、离子膜3，阳极片2和阴极片4经热压分别附着在离子膜3的两面制成膜电极，阳极片2为碳粉负载的银纳米颗粒(Ag/C)粘贴在不锈钢网表面制成，阴极片4以碳粉粘贴在不锈钢网表面制成，离子膜为Naf1nll7离子交换膜，阳极液为含肼的lmol L 1 NaOH溶液，阴极液为含氯化铁的电解质溶液。上述以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池由以下步骤和方法制成: (1)电池阳极片的制备:称取银负载量为20% (wt%)的Ag/C颗粒60mg，加入1无水乙醇，超声分散1小时，随后搅拌1小时，超声过程中慢慢滴加0.03 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE质量分数为60%)，使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上，将电极在氮气氛围下240°C烘30min，以去除PTFE乳液中的表面活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池，将碳粉负载的银纳米颗粒(Ag/C)粘贴在不锈钢网表面作为阳极片，以碳粉粘贴在不锈钢网表面作为阴极片，分别将阳极片、Nafion117离子交换膜和阴极片热压成型，组成膜电极,阳极液为含肼的1mol L‑1 NaOH溶液，其特征在于，阴极液为含氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或醋酸铁的电解质溶液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易清风，邹涛，阳铮，雷鸣，陈清华，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43