一种阳极电解液、阴极电解液和生物质燃料电池制造技术

本申请属于生物燃料电池的制备技术领域，具体涉及一种阳极电解液、阴极电解液和生物质燃料电池。本发明专利技术提供的生物质燃料电池，采用新型的阳极电解液和阴极电解液，构建了一种不含贵金属催化剂、绿色环保、高效价廉的生物质燃料电池系统，突破了传统燃料电池需使用贵金属催化剂(如Pt、Ru、Pd等)的局限性。本发明专利技术采用经济、无毒且易分离回收再生的FeCl

An anode electrolyte, a cathode electrolyte, and a biomass fuel cell

The utility model belongs to the technical field of the preparation of a biological fuel cell, in particular to an anode electrolyte, a cathode electrolyte and a biomass fuel cell. Biomass fuel cell provided by the invention, the anode electrolyte and cathode electrolyte model, constructed a biomass fuel cell system containing noble metal catalysts, green, efficient and cheap, broke through the use of noble metal catalysts and conventional fuel cells (such as Pt, Ru, Pd etc.) limitations. The invention adopts FeCl which is economical, non-toxic and easy to separate, recover and regenerate

【技术实现步骤摘要】
一种阳极电解液、阴极电解液和生物质燃料电池
本专利技术属于生物燃料电池的制备
，具体涉及一种阳极电解液、阴极电解液和生物质燃料电池。
技术介绍
当今化石能源日益衰竭，环境污染日益加重，能源的需求量却与日俱增，这已成为我国乃至世界实行可持续发展战略所要面临的一个挑战。因此，优化能源结构，开发可再生清洁能源，已成为世界共同关注的研究热点。生物质资源作为一种储量丰富、可再生、污染小的清洁资源更是开启了生物基化工和材料工业的时代之门。通过生物质资源高效化利用，开发环境友好的新能源，顺应了可持续发展和循环经济的要求。因此，研究开发新型高效的生物质发电技术具有重要的理论和现实意义。近年来，世界各国均高度重视生物质发电技术，并加大了投资扶持力度。传统生物质发电技术包括直燃发电、混煤发电和气化发电等技术。直燃发电是目前已投产和正在建设的主要生物质发电项目，但该技术发电效率低，生物质的收集运输成本过高，锅炉易产生腐蚀、结渣、结焦等问题，生物质脱水、储存等成本高，因而使电厂长期处于亏损状态。混煤发电技术虽节省了煤炭资源并合理利用了生物质资源，但燃煤计量难以监控，节能减排效益不明显。气化发电技术的原料预处理及气化过程能耗高，燃气需冷却与净化处理且热值和密度小，能量形态变化造成的能量损失高，因而发电效率低，成本高。燃料电池技术作为第四代发电技术无需通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，即可将燃料的化学能直接转化为电能，从而避免了中间能量转换损失，理论发电效率高，环境污染小且燃料品种丰富，因而成为当前国际研究的热点之一。目前，有关燃料电池的研究主要集中在氢燃料电池、直接醇类燃料电池、微生物燃料电池等类型。氢燃料电池与直接醇类燃料电池因工作温度低、启动速度快、功率密度和能量密度高而备受青睐，尤其是以低分子醇类(如甲醇、乙醇)为燃料的低温直接醇类燃料电池。但是，该类燃料电池需使用贵金属催化剂层(如Pt、Ru、Pd等)，不仅成本高，而且容易导致催化剂中毒。另外，该类燃料电池最大缺陷是其催化剂低温下难以将生物质中的化学键打断，故无法直接使用葡萄糖等各类生物质作为燃料。微生物燃料电池虽具有降解生物质污染物和产电的功能，但其产电效率仍远比其它燃料电池低，且产电菌自身代谢能力和寿命有限，反应条件苛刻，因而大大阻碍了其应用。由此可见，以上类型的燃料电池均存在不同缺陷，难以满足直接使用生物质为燃料高效价廉发电的需求。因此，开发一种新型的生物质燃料电池是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种不含任何催化剂层的生物质燃料电池，成本低廉，绿色环保，而且可以将生物质直接转化为电能。本专利技术的具体实施方案如下：本专利技术提供了一种阳极电解液，其制备方法为：将生物质、氧化剂和盐酸在溶剂中进行反应。优选的，所述生物质为葡萄糖、淀粉、果皮、稻草或秸秆。优选的，所述氧化剂为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或磷钨钼酸。优选的，所述溶剂为去离子水。更优选的，所述生物质、氧化剂和盐酸的混合摩尔比例为(0.01～2.0)：(0.1～5.0)：(0.1～4.5)；所述盐酸的摩尔浓度为11.7mol/L。更优选的，所述反应的温度为70～115℃，所述反应的时间为0.5～20h。本专利技术提供了一种阴极电解液，所述阴极电解液为硫酸四氧化二钒溶液或磷钼钒酸溶液。优选的，所述硫酸四氧化二钒溶液为氧化钒和硫酸的混合溶液。更优选的，所述氧化钒和硫酸的混合摩尔比例为(0.01～1.0)：(1.0～6.0)。优选的，所述磷钼钒酸溶液的制备方法为：a)将氧化钒、磷酸和过氧化氢在溶剂中进行反应，得到第一产物；b)将氧化钼和磷酸在溶剂中混合，加热搅拌至混合溶液沸腾时，加入步骤a)中得到的第一产物，继续反应，得到所述磷钼钒酸溶液。更优选的，步骤a)中所述氧化钒、过氧化氢和磷酸的混合摩尔比例为(0.01～1.5)：(0.1～5.0)：(0.01～1.0)。更优选的，步骤a)中所述反应为在冰水浴下进行反应0.5～3h；所述溶剂为去离子水。更优选的，步骤b)中所述氧化钼和磷酸的混合摩尔比例为(0.1～1.0)：(0.01～2.0)；所述反应的时间为0.5～10h；所述溶剂为去离子水。本专利技术还提供了一种生物质燃料电池，包括上述阳极电解液和/或上述阴极电解液。本专利技术提供了一种生物质燃料电池，采用新型的阳极电解液和阴极电解液，构建了一种不含贵金属催化剂、绿色环保、高效价廉的生物质燃料电池系统，突破了传统燃料电池需使用贵金属催化剂(如Pt、Ru、Pd等)的局限性。本专利技术采用经济、无毒且易分离回收再生的FeCl3作为氧化剂，实现了以葡萄糖为直接燃料将其化学能直接转化为电能的目的，克服了传统燃料电池无法直接使用生物质为燃料的局限性；同时，采用硫酸四氧化二钒溶液作为阴极电解液，与阳极电解液配合使用，极大地改善了本专利技术生物质燃料电池的电化学性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为实施例1中阳极电解液的GC-MS图；图2为实施例1中得到的生物质燃料电池的电压-电流密度-功率密度图；图3为实施例2中得到的生物质燃料电池的电压-电流密度-功率密度图；图4为实施例3中得到的生物质燃料电池的电压-电流密度-功率密度图；图5为实施例4中得到的生物质燃料电池的电压-电流密度-功率密度图；图6为对比例中得到的微生物燃料电池的电压-电流密度-功率密度图。具体实施方式本专利技术提供了一种阳极电解液，其制备方法为：将生物质、氧化剂和盐酸在溶剂中进行反应。进一步的，所述生物质优选为葡萄糖、淀粉、果皮、稻草或秸秆。本专利技术对于生物质的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的即可，如天然来源或市售。在本专利技术中，所述生物质为葡萄糖。进一步的，所述氧化剂优选三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或磷钨钼酸。本专利技术对于氧化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的即可，如市售来源。在本专利技术中，所述氧化剂为三氯化铁。在酸性条件下，生物质被三氯化铁氧化降解，生成含有大量Fe2+的阳极电解液。进一步的，所述溶剂为去离子水。进一步的，所述盐酸的摩尔浓度为11.7mol/L。更进一步的，所述生物质、氧化剂和盐酸的混合摩尔比例优选为(0.01～2.0)：(0.1～5.0)：(0.1～4.5)。更进一步的，所述反应的温度优选为70～115℃，所述反应的时间优选为0.5～20h。本专利技术提供了一种阴极电解液，所述阴极电解液为硫酸四氧化二钒溶液或磷钼钒酸溶液。进一步的，所述硫酸四氧化二钒溶液为氧化钒和硫酸的混合溶液，所述硫酸四氧化二钒的分子式为(VO2)2SO4。本专利技术对于氧化钒的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的即可，如市售来源。在本专利技术中，所采用的氧化钒分子式为V2O5，将V2O5加入硫酸溶液中，于常温下搅拌至形成澄清透明的黄色溶液，即可得到高电极电位(VO2)2SO4溶液。更进一步的，所述氧化钒和硫酸的混合摩尔比例优选为(0.01～1.0)：(1.0～6.0)。进一步的，所述磷钼钒酸溶液的制备方法为：a)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳极电解液，其特征在于，所述阳极电解液的制备方法为：将生物质、氧化剂和盐酸在溶剂中进行反应。

【技术特征摘要】
1.一种阳极电解液，其特征在于，所述阳极电解液的制备方法为：将生物质、氧化剂和盐酸在溶剂中进行反应。2.根据权利要求1所述的阳极电解液，其特征在于，所述生物质为葡萄糖、淀粉、果皮、稻草或秸秆；所述氧化剂为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或磷钨钼酸；所述溶剂为去离子水。3.根据权利要求1所述的阳极电解液，其特征在于，所述生物质、氧化剂和盐酸的混合摩尔比例为(0.01～2.0)：(0.1～5.0)：(0.1～4.5)；所述盐酸的摩尔浓度为11.7mol/L。4.根据权利要求1所述的阳极电解液，其特征在于，所述反应的温度为70～115℃，所述反应的时间为0.5～20h。5.一种阴极电解液，其特征在于，所述阴极电解液为硫酸四氧化二钒溶液或磷钼钒酸溶液。6.根据权利要求5所述的阴极电解液，其特征在于，所述硫酸四氧化二钒溶液为氧化钒和硫酸的混合溶液；所述氧化钒和硫酸的混合摩尔比例为(0.01～1.0)：(1.0～6.0)。7.根据权利要求5所述的阴极电解液，其特征在于，所述磷钼钒酸溶液的制备方法为：a)将氧化钒、磷酸和过氧化氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：俎喜红，易国斌，刘晓纯，孙乐乐，苏家华，刘洋汐，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44