一种微流控光催化燃料电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于光催化燃料电池领域，公开了一种微流控光催化燃料电池及其制备方法和应用。该电池包括光催化电极、透光微流通道壳体、透光电极槽、导线和电解质；所述透光电极槽设置于所述透光微流通道壳体内；所述光催化电极包括光催化阳极和光催化阴极，所述光催化阳极和所述光催化阴极设置于所述透光电极槽内；所述透光微流通道壳体上设置至少一组进液孔和出液孔；所述导线穿过所述透光微流通道壳体分别与所述光催化阳极和光催化阴极连接。本发明专利技术提供的微流控光催化燃料电池相比于传统燃料电池，无需质子交换膜的制备和加入，降低了电池制作成本，并且不用复杂辅助设备。并且不用复杂辅助设备。并且不用复杂辅助设备。

【技术实现步骤摘要】
一种微流控光催化燃料电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化燃料电池领域，具体地，涉及一种微流控光催化燃料电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来由于化石燃料大量被开采，不仅大量地减少了化石燃料的储量，同时在开采过程中也对环境造成了严重的破坏。因此有必要开发一种既能对污染物进行降解，又能达到电能输出的一种设备，用于减少环境污染，提高发电效率，达到节能环保的效果。目前，燃料电池已经被广泛的应用于新能源产出领域，比如质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等由于其同时具有可以将燃料所具有的化学能直接转换成电能、环境污染小、发电效率高和比能量高的优点，在航天飞行领域、汽车工业和船舶工业等行业受到了各国政府的重视。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。对于市场上较小的发电设备，燃料电池成本过高是目前存在的最大技术问题。此外，燃料电池还存在燃料不方便储存、体积大、不方便携带、电解质如果漏液对环境具有很大的危害性等缺点。近年来，基于半导体光催化技术的光催化燃料电池(Photocatalytic fuel cell,PFC)开始受到了研究人员的广泛关注。在光照条件下，PFC通过光电化学反应将有机废水中的化学能和吸收的太阳能转换成电能，同时还起到了降解废水的目的。鉴于微流体反应器在降解有机废物、水解制氢和CO2还原等涉及光催化反应的体系中的优异表现，目前，亟待提出一种体积小、方便携带、能量密度高和零环境污染的微流体光催化燃料电池系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种微流控光催化燃料电池及其制备方法和应用。本专利技术提供的微流控光催化燃料电池相比于传统燃料电池，无需质子交换膜的制备和加入，降低了电池制作成本，并且不用复杂辅助设备，如燃料储存设备。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种微流控光催化燃料电池，该电池包括光催化电极、透光微流通道壳体、透光电极槽、导线和电解质；
[0005]所述透光电极槽设置于所述透光微流通道壳体内；
[0006]所述光催化电极包括光催化阳极和光催化阴极，所述光催化阳极和所述光催化阴极设置于所述透光电极槽内；
[0007]所述透光微流通道壳体上设置至少一组进液孔和出液孔；
[0008]所述导线穿过所述透光微流通道壳体分别与所述光催化阳极和光催化阴极连接。
[0009]本专利技术第二方面提供了所述的微流控光催化燃料电池的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0010]S1：对用于制备所述透光微流通道壳体的板材进行切割、钻孔和粘合处理，得到所述透光电极槽和所述至少一组入进液孔和出液孔；
[0011]S2：将所述光催化电极放置于所述透光电极槽内后，将所述板材粘合，形成所述透光微流通道壳体；利用导电银浆将所述导线分别与所述光催化阳极和光催化阴极粘接，对所述透光微流通道壳体进行防漏液处理。
[0012]本专利技术第三方面提供了所述的微流控光催化燃料电池的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0013]S1：对用于制备所述透光微流通道壳体的板材进行切割和钻孔处理，得到所述阴极槽、阳极槽和至少一组进液孔和出液孔；
[0014]S2：将所述光催化阳极和所述光催化阴极分别设置于所述阳极槽和阴极槽内后，将所述板材粘合，形成所述透光微流通道壳体；利用导电银浆将所述导线分别与所述光催化阳极和光催化阴极粘接，对所述透光微流通道壳体进行防漏液处理。
[0015]本专利技术第四方面提供了所述的微流控光催化燃料电池在污染物处理中的应用。
[0016]本专利技术的技术方案具有如下有益效果：
[0017](1)本专利技术提供的微流控光催化燃料电池相比于传统燃料电池，无需质子交换膜的制备和加入，降低了电池制作成本，并且不用复杂辅助设备，如燃料储存设备；本专利技术提供的微流控光催化燃料电池制备方法简单、方便携带、清洁环保、流动控制精确、比表面积大、光照均匀、能量密度大，能够在微尺度下强化光子、电子和质量的传输，从而能够获得比传统的容积式光催化燃料电池更高的性能。
[0018](2)本专利技术提供的微流控光催化燃料电池光催化电极组装可为肩并肩或面对面排列方式。
[0019](3)本专利技术提供的微流控光催化燃料电池可用于污染物处理，能够有效利用有机污染物中化学能，解决水污染问题和缓解能源短缺。本专利技术提供的微流控光催化燃料电池还可用于二氧化碳还原、电能产出、氢能产出。
[0020]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0021]通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0022]图1示出了本专利技术实施例1提供的一种微流控光催化燃料电池的示意图。
[0023]图2示出了本专利技术实施例2提供的一种微流控光催化燃料电池的示意图。(其中，hv表示光照条件；Air表示空气)
[0024]附图标记说明如下：
[0025]1‑
光催化阳极；2
‑
光催化阴极；3
‑
透光微流通道壳体；4
‑
第一组进液孔；5
‑
第一组出液孔；6
‑
第二组进液孔；7
‑
第二组出液孔；8
‑
导线；9
‑
基底；10
‑
阻隔层；11
‑
活性材料层；12
‑
电解质注入器；13
‑
透光电极槽；14
‑
出水抽液泵；15
‑
阳极槽；16
‑
阴极槽；17
‑
透光微流通道。
具体实施方式
[0026]下面将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然以下描述了本专利技术的优选实施
方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0027]本专利技术第一方面提供了一种微流控光催化燃料电池，该电池包括光催化电极、透光微流通道壳体、透光电极槽、导线和电解质；
[0028]所述透光电极槽设置于所述透光微流通道壳体内；
[0029]所述光催化电极包括光催化阳极和光催化阴极，所述光催化阳极和所述光催化阴极设置于所述透光电极槽内；
[0030]所述透光微流通道壳体上设置至少一组进液孔和出液孔；
[0031]所述导线穿过所述透光微流通道壳体分别与所述光催化阳极和光催化阴极连接。
[0032]本专利技术中，作为优选方案，所述透光微流通道壳体上设置两组进液孔和出液孔，其中一组进液孔和出液孔用于所述电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控光催化燃料电池，其特征在于，该电池包括光催化电极、透光微流通道壳体、透光电极槽、导线和电解质；所述透光电极槽设置于所述透光微流通道壳体内；所述光催化电极包括光催化阳极和光催化阴极，所述光催化阳极和所述光催化阴极设置于所述透光电极槽内；所述透光微流通道壳体上设置至少一组进液孔和出液孔；所述导线穿过所述透光微流通道壳体分别与所述光催化阳极和光催化阴极连接。2.根据权利要求1所述的微流控光催化燃料电池，其中，所述光催化阳极和光催化阴极均包括活性材料层、基底和阻隔层；所述活性材料层负载于所述基底的上表面，所述阻隔层将所述基底的下表面和所述活性材料层和基底构成的侧表面包围。3.根据权利要求2所述的微流控光催化燃料电池，其中，所述活性材料层负载于所述基底的上表面的方法为将所述活性材料直接均匀刮涂于所述基底的上表面、电镀法、水热法或微波水热法；所述光催化阴极的活性材料为P型半导体材料，优选为TiO2、BiVO4、WO3和ZrO2中的至少一种；所述光催化阳极的活性材料为N型半导体材料，优选为Cu2O、NiO和MoS
2,
Cu2S中的至少一种；所述活性材料的制备方法为水热法、溶剂热法、微波水热法、微波溶剂热法或电化学沉积法；所述基底选自ITO、FTO、PET
‑
FTO、PET
‑
ITO、碳纸、泡沫镍、铜网、金属薄膜、金属片或金属网；所述阻隔层选用环氧树脂、聚四氟乙烯、酚醛树脂、聚酯树脂和聚酰胺树脂中的至少一种。4.根据权利要求1所述的微流控光催化燃料电池，其中，所述电解质选用中性无污染的电解质，优选为pH为7的磷酸盐缓冲溶液；用于制备所述透光微流通道壳体的板材选用亚克力板或聚二甲基硅氧烷材料。5.根据权利要求1所述的微流控光催化燃料电池，其中，所述光催化阳极和所述光催化阴极肩并肩设置于所述透光电极槽内；所述透光电极槽的厚度大于所述光催化电极的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：何貟，李建芬，宋光森，闫俊涛，张顺喜，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：