一种室温光诱导甲醇燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及一种室温光诱导甲醇燃料电池。采用的技术方案是：工作电极为基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极，直接利用太阳光照激发电极诱导甲醇的阳极氧化反应。弹簧式Pt丝电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，通过盐桥连接两侧电极。本发明专利技术可实现室温下直接利用太阳光照激发电极诱导甲醇的阳极氧化反应。用棕色TiO2微球做光电化学甲醇燃料电池，表现出极好的光电化学性能，光照后光电流密度提高了20％，开路电压可达到1.3V，光照后功率密度提高了35％，实现了太阳能和化学能到电能的协同转化，易于操作，且成本低廉，有利于该材料在工业生产上的推广应用，实现它的实用化和商品化。

A Room Temperature Photoinduced Methanol Fuel Cell

The invention relates to a room temperature photoinduced methanol fuel cell. The technical scheme adopted is that the working electrode is a brown titanium dioxide microsphere film electrode based on FTO conductive glass, and the anodic oxidation of methanol is induced directly by using the solar light to excite the electrode. Spring Pt wire electrodes are used as pair electrodes and Ag/AgCl as reference electrodes. The two sides of electrodes are connected by salt bridge. The invention can realize the anodic oxidation reaction of methanol induced directly by the solar light exciting electrode at room temperature. Using Brown titanium dioxide microspheres as photoelectrochemical methanol fuel cells shows excellent photoelectrochemical performance. After illumination, the photocurrent density increases by 20%, the open circuit voltage reaches 1.3V, and the power density increases by 35%. It realizes the synergistic conversion of solar energy and chemical energy to electric energy. It is easy to operate and has low cost, which is conducive to the popularization and application of this material in industrial production. Now it is practical and commercialized.

【技术实现步骤摘要】
一种室温光诱导甲醇燃料电池
本专利技术涉及燃料电池的材料制备
，尤其涉及一种基于棕色多孔TiO2光电阳极的室温光诱导甲醇燃料电池。
技术介绍
现如今，我国经济快速发展，能源急剧消耗，环境保护和可持续发展已经成为人类生产生活中最重要的议题之一，因此，建立一种全新、高效、清洁的可再生安全能源材料已成为我国乃至世界共同努力的目标。甲醇燃料电池由于其能量密度高、原料来源丰富、能减少化石燃料的消耗，操作温度低，容易处理液体燃料和对环境无污染等特点，被越来越多的人关注。它不需要储存大量电解液，装置简便易行。由于燃料的不同，燃料电池的产物一般为H2O和CO2，不会对环境产生污染。不仅如此，燃料电池的能量密度高，可持续性强，能够提供高效稳定的电力供应。但是现有的甲醇燃料电池，具有需在高温条件下才能工作的缺点。TiO2是常用的光催化剂，因其具有生物惰性、强氧化能力、物理化学稳定性高、价廉易得、无毒无污染、光催化活性高，资源广和强氧化还原能力，使其在太阳能电池方面得到了广泛应用；但由于TiO2固有带隙宽度较宽(3.2eV)，只能在紫外光区域有吸收(波长小于380nm)，因此限制了TiO2利用太阳光的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过简单绿色高效，高温活化处理方法制备出TiO2多孔微球材料，以提高该材料的光敏性和光电转换性能，组装成光电化学甲醇燃料电池，在室温下进行电化学测试，表明该材料在一定条件下有较大的开路电压，较强的光电流响应，以及较高的功率密度，本专利技术提供了一种新的能源利用技术，实现了太阳能和化学能到电能的协同转化。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种室温光诱导甲醇燃料电池，工作电极为基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极，直接利用太阳光照激发电极诱导甲醇的阳极氧化反应。进一步的，上述的一种室温光诱导甲醇燃料电池，弹簧式Pt丝电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，通过盐桥连接电极。进一步的，上述的一种室温光诱导甲醇燃料电池，所述的基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极的制备方法包括如下步骤：1)室温搅拌下，于乙二醇中加入钛酸四丁酯，同时通入N2将体系中的空气排出，然后密封搅拌3-4h后，将混合液快速倒入丙酮和蒸馏水的混合溶液中，搅拌20-30min，静置，离心，用丙酮和无水乙醇清洗，干燥得到白色固体；2)取干燥后的白色固体样品，加蒸馏水后，转移至高压反应釜中，180℃下水热反应4h，自然冷却至室温，用水和无水乙醇清洗，离心并干燥，得到TiO2白色固体粉末；3)取TiO2白色固体粉末溶于适量乙醇中，并用涂膜法涂覆于FTO导电玻璃上，将涂覆有TiO2微球薄膜的FTO导电玻璃放入真空干燥箱中，190℃高温处理6h，得到基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极。进一步的，上述的一种室温光诱导甲醇燃料电池，按体积比，乙二醇：钛酸四丁酯＝100:40。进一步的，上述的一种室温光诱导甲醇燃料电池，按体积比，丙酮:蒸馏水＝100:4。进一步的，上述的一种室温光诱导甲醇燃料电池，所述的FTO导电玻璃是由氟掺杂二氧化锡的导电玻璃，其方阻是15-25欧姆。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术，用水热法制备出TiO2微球，其纯度高、分散性好、无团聚现象，有较好的电化学性能。2.本专利技术，通过真空高温活化处理的方法制备出棕色TiO2多孔微球材料，提高了该材料的光敏性和光电转换性能，组装成光电化学甲醇燃料电池，在室温下进行电化学测试，表明该材料在一定条件下有较大的开路电压，较强的光电流响应，以及较高的功率密度，提供了一种新的能源利用技术，实现了太阳能和化学能到电能的协同转化，易于操作，且成本低廉，有利于该材料在工业生产上的推广应用，实现其的实用化和商品化。附图说明图1是光诱导室温甲醇燃料电池结构示意图。图2是制备的TiO2多孔微球材料透射电镜(TEM)分析图。其中，a：未真空处理TiO2微球；b：190℃真空处理6hTiO2微球。图3是基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极为电极材料的电流密度-电压分析图。图4是基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极为电极材料的功率密度-电压分析图。图5是基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极为电极材料的光电流-时间分析图。具体实施方式实施例1(一)基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极制备方法如下：1)室温下，向圆底烧瓶中加入100mL乙二醇，搅拌下加入40mL钛酸四丁酯，同时通入N2将体系中的空气排出，然后密封搅拌3h，结束后，将该混合液快速倒入100mL丙酮和4mL蒸馏水的混合溶液中，搅拌20min，静置2h，离心并用丙酮和无水乙醇清洗2次后，将样品干燥得到白色固体。2)取步骤1)干燥后的白色固体样品，加入80mL的蒸馏水，转移至100mL高压反应釜里，在180℃下水热反应4h。反应结束后，自然冷却至室温。用水，无水乙醇清洗数次，离心并干燥后，得到TiO2白色固体粉末。3)取少量TiO2粉末溶于适量乙醇中，并用涂膜法涂覆于FTO导电玻璃上，将涂覆有TiO2微球薄膜的FTO导电玻璃放入真空干燥箱中，190℃高温下，真空处理6h，得到经真空处理的基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极。4)对比例——取少量TiO2粉末溶于适量乙醇中，并用涂膜法涂覆于FTO导电玻璃上，室温干燥，得到未经真空处理的基于FTO导电玻璃的白色TiO2微球薄膜电极。(二)检测如图2所示，对TiO2多孔微球用透射电镜进行表征，通过图2(a)和图2(b)插图可以明显看出，未进行真空处理的TiO2微球FTO片呈白色，进行190℃真空处理6h的TiO2微球FTO片为棕色，通过将图2(a)未真空处理TiO2微球和图2(b)真空处理6h的TiO2微球对比可以看出：两种TiO2微球直径大约为250nm左右，表面粗糙且有孔径，使微球的表面积增强，提高了对太阳光的利用，并且观察到真空处理6h的TiO2微球相对于TiO2微球形貌变化不明显，说明高温处理没有改变TiO2微球的形貌。(三)组装一种室温光诱导甲醇燃料电池如图1所示，一种室温光诱导甲醇燃料电池结构为：基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极作为工作电极(阳极)，弹簧式Pt丝电极作为对电极(阴极)，Ag/AgCl作为参比电极，通过盐桥连接两侧电极，电解液是0.5M的Na2SO4溶液(pH7)，并加入1mol/L甲醇2mL。光电性能装置使用的是上海华辰生产的CHI660的电化学工作站，测试使用的电解液是0.5M的Na2SO4溶液(pH7)，并加入1mol/L甲醇2mL，阴极在测试过程中通氧气。光源采用输出光功率可调节的500W氙灯太阳光模拟光源。1、电流密度-电压分析组装好装置后进行电流-电压测量，如图3所示，未光照时光电流密度为1.0mA/cm2，光照后光电流密度可达到1.2mA/cm2，光照后光电流密度提高了20％，开路电压在光照前后都很大，分别为1.25V和1.3V，也提高了4％左右，证明了本专利技术的棕色TiO2微球作为光电化学甲醇燃料电池电极材料的可行性，实现了降解有机质的同时进行能量转化的双重功效，是一种新型绿色能源材料。2、功率密度-电压分析在1测出的电流-电压图的基础上做出功率密度-电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室温光诱导甲醇燃料电池，其特征在于：工作电极为基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极，直接利用太阳光照激发电极诱导甲醇的阳极氧化反应。

【技术特征摘要】
1.一种室温光诱导甲醇燃料电池，其特征在于：工作电极为基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极，直接利用太阳光照激发电极诱导甲醇的阳极氧化反应。2.根据权利要求1所述的一种室温光诱导甲醇燃料电池，其特征在于：弹簧式Pt丝电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，通过盐桥连接电极。3.根据权利要求1或2所述的一种室温光诱导甲醇燃料电池，其特征在于：所述的基于FTO导电玻璃的棕色TiO2微球薄膜电极的制备方法包括如下步骤：1)室温搅拌下，于乙二醇中加入钛酸四丁酯，同时通入N2将体系中的空气排出，然后密封搅拌3-4h后，将混合液快速倒入丙酮和蒸馏水的混合溶液中，搅拌20-30min，静置，离心，用丙酮和无水乙醇清洗，干燥得到白色固体；2)取干燥后的白色固体样品，加蒸馏...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，孙维宁，王艳明，王宝鑫，宋溪明，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21