一种直接硼氢化物燃料电池的复合膜电极制造技术

一种直接硼氢化物燃料电池的复合膜电极，它涉及一种燃料电池膜电极。本发明专利技术解决了直接硼氢化物燃料电池水解产生的氢气无法直接利用、电池燃料总利用率低的问题。直接硼氢化物燃料电池的复合膜电极由阳极、阴极（６）和电解质膜（３）构成，阳极和阴极（６）分别位于电解质膜两侧并与电解质膜平行，三者热压成膜电极；阳极由硼氢根催化氧化阳极（５）和氢气催化氧化阳极（４）构成，氢气催化氧化阳极（４）位于阳极上部，硼氢根催化氧化阳极（５）位于阳极下部。由于硼氢根在硼氢根催化氧化的阳极上会不可避免地发生副反应产生氢气，氢气作为燃料在氢气催化氧化阳极上可继续反应，这样可以提高燃料的总利用率，并使整个膜电极系统结构更加紧凑安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池复合膜电极。
技术介绍
燃料电池由于具有高效率、无污染、燃料来源广泛、构造简单便于维护保 养等优点，因而具有很好的应用前景。在燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)是研究最多、技术也相对成熟的一种。硼氢化物由于含氢丰富， 如硼氢化钠的含氢体积容量为113.56 kg/m3，已被研究用作燃料电池的燃料。 硼氢化物用于燃料电池有间接和直接两种方式。间接的方式是先将硼氢化物催 化水解产生氢气，将其用作PEMFC的燃料，但这样只利用了硼氢化物库仑电 量的一半，因为水解过程不产生电能，lmol硼氢根水解产生2md H2，电氧 化有4mo1电子转移；而lmol硼氢根的直接电氧化有8mo1电子转移。直接 硼氢化物燃料电池具有更高的理论开路电压(1.64 V)，硼氢化物的反应活性也 比氢气和甲醇高，不必使用贵金属催化剂，降低了生产成本。因此，直接硼氢 化物燃料电池已经成为燃料电池发展的一个趋势。目前，直接硼氢化物燃料电池的研究越来越多。但同时也有研究表明，虽 然硼氢化物在碱性溶液中是很稳定的，但在催化剂存在(对硼氢化物的电化学 氧化有催化作用的催化剂同时对其水解也有一定的催化能力)或在较高温度的 情况下，硼氢化物不可避免地存在一定程度的水解，从而造成燃料的损失。有 研究者曾提出在溶液中添加抑制剂降低水解，但仍无法完全避免水解发生。为 了清除氢气以减小电池的内压，科研人员做了很多努力，如中国专利硼化合 物为燃料的燃料电池的龟池堆结构(公开号CN1549370，公开日2004.11.24) 采用储氢合金吸收水解产生的氢气，中国专利硼化合物燃料电池的氢气排除装 置(公开号CN1549381，公开日2004.11.24)则采用简单的气液分离装置将氢 气与燃料废液分离，但这样做都使得原料的利用率降低。
技术实现思路
一种直接硼氢化物燃料电池的复合膜电极，解决了直接硼氢化物燃料电池水解产生的氢气无法利用、电池燃料总利用率低的问题。直接硼氢化物燃料电池的复合膜电极由阳极、阴极和电解质膜构成，阳极和阴极分别位于电解质膜两侧并与电解质膜平行，三者热压成膜电极；阳极由 硼氢根催化氧化阳极和氢气催化氧化阳极构成，氢气催化氧化阳极位于阳极上 部，硼氢根催化氧化阳极位于阳极下部。本专利技术与燃料电池现有的膜电极相比，最大不同是硼氢根催化氧化阳极和氢气催化氧化阳极在与膜平行的同一侧面，二者同时做为电池阳极，氢气催 化氧化阳极处于硼氢根催化氧化阳极的上方。因为硼氢根催化氧化阳极上进行 以硼氢根为燃料的阳极催化氧化反应的时候，会不可避免的发生水解副反应产生氢气；而氢气也是燃料电池的一种燃料，且密度小，会聚集在硼氢化物溶液 的上方，因此氢气可以进一步作为燃料在位于阳极上方的氢气催化氧化阳极上 反应，从而提高燃料的总利用率。应用本专利技术的直接硼氢化物燃料电池的燃料 利用率能比阳极为单一硼氢根催化氧化阳极膜电极电池的燃料利用率提高 10%~50%。本专利技术可以提高直接硼氢化物燃料电池的安全性。因为硼氢根催化氧化阳 极上进行硼氢根为燃料的阳极氧化反应的时候，会不可避免的发生水解副反应 产生氢气，若不能及时排除，会增加电池内压，而氢气本身又是一种易燃易爆 的气体，具有潜在的危险性。本专利技术得到的膜电极上半部分为氢气催化氧化阳 极，可以催化氢气反应使之消耗，从而降低电池内压。此外，将硼氢根催化氧化阳极和氢气催化氧化阳极共用一个电解质膜和一 个阴极，能使电池整体结构简单紧凑，便于生产和维护，降低电池成本。与其 它利用氢气的PEMFC以及设法吸收或排除氢气的直接硼氢化物燃料电池相 比，本专利技术的直接硼氢化物燃料电池复合膜电极能使直接硼氢化物燃料电池的 体积縮小10%~90%。附图说明图1是直接硼氢化物燃料电池复合膜电极结构图。 图2是应用具体实施方式二十四膜电极A的燃料电池的正面剖视图。 图3是具体实施方式二十四膜电极A与单一硼氢根催化氧化阳极膜电极B 的极化曲线图。图中-B-表示复合膜电极A的极化曲线，-參-表示单一硼氢根催化氧化阳极膜电极B的极化曲线。图4是具体实施方式二十四膜电极A与单一硼氢根催化氧化阳极膜电极B功率密度曲线图。图中-B-表示复合膜电极A的功率密度曲线，-參-表示单一硼氢根催化氧化阳极膜电极B的功率密度曲线。 具体实施例方式具体实施方式一本具体实施方式直接硼氢化物燃料电池的复合膜电极由 阳极、阴极6和电解质膜3构成，阳极和阴极6分别位于电解质膜3两侧并与 电解质膜3平行，三者热压成膜电极；阳极由硼氢根催化氧化阳极5和氢气催 化氧化阳极4构成，氢气催化氧化阳极4位于阳极上部，硼氢根催化氧化阳极 5位于阳极下部。具体实施方式二本具体实施方式与具体实施方式一不同的是硼氢根催化氧化阳极5由碳纸和喷涂在碳纸上的催化剂制成，碳纸和催化剂都进行亲水 处理；催化剂直接采用活性成分多孔结构、活性成分粉末颗粒或由活性成分和 载体组成；其中活性成分为Pt、 Au、 Ni、 Pd、 Ag、 Ir、 Os、 Sn、 Mo、 W、 V、 PtO、 Pt02、 NiO、 Ni02、 Ni(OH)2、 PdO、 Pd02、 AgO、 Ag20、 Sn02、 Mo02、 Mo03、 WC、 W02、 W03、 V20s中的一种或几种，当活性成分为两种或两种 以上时，各组成成分按任意比例混合；载体为碳粉、碳纳米管。其它与具体实 施方式一相同。具体实施方式三本具体实施方式与具体实施方式二不同的是催化剂不用载体直接采用活性成分多孔结构，其中活性成分为Pt、 Au、 Ni、 Pd、 Ag、 Ir、 Os、 Sn、 Mo、 W、 V、 PtO、 Pt02、 NiO、 Ni02、 Ni(OH)2、 PdO、 Pd02、 AgO、 Ag20、 Sn02、 Mo02、 Mo03、 WC、 W02、 W03、 ￥205中的一种或几种； 当活性成分为两种或两种以上时，各组成成分按任意比例混合。其它与具体实 施方式二相同。具体实施方式四本具体实施方式与具体实施方式二不同的是催化剂为活性成分粉末颗粒，其中活性成分为Pt、 Au、 Ni、 Pd、 Ag、 Ir、 Os、 Sn、 Mo、 W、 V、 PtO、 Pt02、 NiO、 Ni02、 Ni(OH)2、 PdO、 Pd02、 AgO、 Ag20、 Sn02、 Mo02、 Mo03、 WC、 W02、 W03、 丫205中的一种或几种；当活性成分为两种 或两种以上时，各组成成分按任意比例混合。其它与具体实施方式二相同。具体实施方式五本具体实施方式与具体实施方式二不同的是催化剂由 活性成分和载体组成，其中活性成分为Pt、 Au、 Ni、 Pd、 Ag、 Ir、 Os、 Sn、 Mo、 W、 V、 PtO、 Pt02、 NiO、 Ni02、 Ni(OH)2、 PdO、 Pd02、 AgO、 Ag20、 Sn02、 Mo02、 Mo03、 WC、 W02、 W03、 ￥205中的一种或几种；当活性成分 为两种或两种以上时，各组成成分按任意比例混合；载体为碳粉、碳纳米管。 其它与具体实施方式二相同。具体实施方式六本具体实施方式与具体实施方式二不同的是硼氢根催 化氧化阳极5的催化剂活性成分载量为0.1 mg/cm2 10mg/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接硼氢化物燃料电池的复合膜电极，其特征在于直接硼氢化物燃料电池的复合膜电极由阳极、阴极（６）和电解质膜（３）构成，阳极和阴极（６）分别位于电解质膜（３）两侧并与电解质膜（３）平行，三者热压成膜电极；阳极由硼氢根催化氧化阳极（５）和氢气催化氧化阳极（４）构成，氢气催化氧化阳极（４）位于阳极上部，硼氢根催化氧化阳极（５）位于阳极下部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹鸽平，王广进，邵玉艳，王振波，杜春雨，程新群，左朋建，高云智，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]