直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料、制法及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料、制法及应用。所述制法包括：将多孔材料浸润于水凝胶中，并排除所获材料的空气，密封后静置处理，获得直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料。所述复合材料包括作为骨架结构的多孔材料，以及分布于所述多孔材料的表面和/或空隙内的水凝胶。本发明专利技术提供的制备方法通过水凝胶特性储存高浓度甲醇，结合一般海绵等多孔骨架稳定燃料结构，工艺简单、成本低廉，制备的复合材料可以吸收高浓度甲醇，依靠甲醇的缓慢蒸发减缓燃料运输至催化层的速度，以减少甲醇交叉现象；同时，水凝胶能适当锁住高浓度甲醇，防止其因挤压而泄漏，该复合材料可实现直接甲醇燃料电池的纯固态进料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料、制法及应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体而言，特别涉及一种直接甲醇燃料电池用可吸收高 浓度液体甲醇的复合材料及其制备方法，以及被动式直接甲醇燃料电池的进料方式。

技术介绍

[0002]近年来，随着世界能源需求的不断增加、化石燃料的快速消耗以及温室气体的大量排放， 能源与环境问题变得日益严重。于是，利用替代性绿色能源和开发新能源器件就显得越来越 重要。燃料电池是一种高效、无污染的能量转换装置，具有较高能量密度和能量转换效率。 直接甲醇燃料电池(DMFC)是燃料电池的一种，它与氢空、氢氧燃料电池相比，甲醇燃料 更便于存储和运输，且甲醇具有更高的能量密度(6kWh kg
‑1和4.8kWh L
‑1)。直接甲醇燃 料电池可分为主动式直接甲醇燃料电池(主动式DMFC)和被动式直接甲醇燃料电池(被动 式DMFC)。其中主动式DMEC需要动力泵给电极输送甲醇燃料以及空气/氧气，增加了电 池系统的质量体积，消耗了额外电量。而被动式DMEC取消了动力泵，依靠重力、毛细作用、 甲醇蒸发渗透等方式提供燃料，减少了电池功耗及其质量体积，提高了能量利用率，更便于 携带，是满足便携式电子产品日益增长的电力需求的一种很有前途的电源。
[0003]目前国内外被动式直接甲醇燃料电池的供料主要以液体甲醇为主，并且为了提高甲醇燃 料电池的能量密度，尽可能使用高浓度甲醇。Kim等设计的一个燃料电池供料系统，该系统 由多孔泡沫、Nafion 112膜(渗透汽化膜)、屏障和缓冲层组成。通过膜和适当屏障的缓冲设计， 纯甲醇蒸汽能与电池阳极反应并有效缓解了高浓度甲醇交叉问题。Nakagawa等设计了一种由 燃料储存层、多孔板和打孔集流器组成的供料系统。在运行过程中，甲醇从燃料库中运输， 通过多孔板和集流器的开口到达阳极。通过设计多孔碳板和多孔集流器的孔径，CO2可以在 集流器的孔中积累，从而在集流器的每个孔中形成富气屏障。避免了高浓度甲醇的交叉问题。
[0004]然而液体甲醇燃料很容易在电池侧翻、挤压下发生泄漏，系统安全性无法得到保障。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的不足和材料的局限性，本专利技术的主要目的在于提供一种直接甲醇燃 料电池用可吸收甲醇的复合材料及其制备方法。
[0006]本专利技术的另一目的还在于提供所述可吸收甲醇的复合材料在直接甲醇燃料电池中的应 用。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术实施例提供了一种直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料的制备方法，其包 括：
[0009]提供水凝胶；
[0010]将多孔材料浸润于所述水凝胶中，并排除所获材料的空气，密封后静置处理，获得直接 甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料。
[0011]在一些实施例中，所述的制备方法包括：
[0012]将凝胶材料与选定溶剂混合，于第一温度下使凝胶材料充分溶解，再加入交联剂，于第 二温度反应0.2～1h，获得水凝胶。
[0013]本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料， 其包括作为骨架结构的多孔材料，以及分布于所述多孔材料的表面和/或空隙内的水凝胶。
[0014]进一步地，所述复合材料中水凝胶的含量为93.8～97.9wt％。
[0015]本专利技术实施例还提供了前述直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料于直接甲醇燃料 电池中的应用。
[0016]相应的，本专利技术实施例还提供了一种直接甲醇燃料电池，其包括前述直接甲醇燃料电池 用可吸收甲醇的复合材料，并且，所述复合材料能够吸收直接甲醇燃料电池中的液体甲醇。
[0017]进一步地，除了甲醇，本专利技术的复合材料还可以用于其他醇类化合物。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的显著优点至少在于：
[0019]1)本专利技术提供的直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料的制备方法通过水凝胶特性 储存高浓度甲醇，结合一般海绵等多孔骨架稳定燃料结构，工艺简单、成本低廉，运用此方 法制备的复合材料可以吸收高浓度甲醇，依靠甲醇的缓慢蒸发减缓燃料运输至催化层的速度， 以减少甲醇交叉现象。更重要的是，海绵等多孔材料可以提供骨架结构，保持复合材料的结 构稳定性，而凝胶能适当锁住高浓度甲醇，防止其因挤压而泄漏，最终此复合材料可实现直 接甲醇燃料电池的纯固态进料；
[0020]2)本专利技术提供的复合材料通过甲醇浓度差渗透扩散方式实现燃料供给，并通过控制水循 环满足直接甲醇燃料电池发电条件；在工艺简单、成本低廉的基础上，使用该种形态甲醇燃 料的直接甲醇燃料电池，较传统的直接甲醇燃料电池相比大幅提升了比能量特性。
附图说明
[0021]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中记 载的一些实施例，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 据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1a为本专利技术实施例1中所获1.5％琼脂水凝胶/海绵复合物吸收甲醇溶液的量随甲醇溶 液浓度的变化关系示意图；
[0023]图1b为本专利技术实施例1中所获1.5％琼脂水凝胶/海绵复合物吸收甲醇溶液中甲醇的量随 甲醇溶液浓度的变化关系示意图；
[0024]图2为采用本专利技术实施例2中所获琼脂水凝胶/海绵复合物为DMFC供料时，电压为200 mV、甲醇浓度为20mol/L时电池的恒压放电曲线图；
[0025]图3为采用本专利技术实施例3中所获琼脂水凝胶/海绵复合物为DMFC供料时，电压为
200 mV、甲醇浓度为23mol/L时电池的恒压放电曲线图；
[0026]图4a为采用本专利技术实施例4中所获琼脂水凝胶/海绵复合物为DMFC供料时，进行单电 池破坏实验时，单电池破坏实物图；
[0027]图4b为采用本专利技术实施例4中所获琼脂水凝胶/海绵复合物为DMFC供料时，进行单电 池破坏实验时，单电池破坏极化曲线图；
[0028]图4c为采用本专利技术实施例4中所获琼脂水凝胶/海绵复合物为DMFC供料时，进行单电 池破坏实验时，单电池破坏电流
‑
功率密度图。
具体实施方式
[0029]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方 案，其主要是提供一种新的材料，用来吸收高浓度甲醇给DMFC供料。如下将对该技术方案、 其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0030]本专利技术实施例的一个方面提供的一种直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料的制备 方法包括：
[0031]提供水凝胶；
[0032]将多孔材料浸润于所述水凝胶中，并排除所获材料的空气，密封后静置处理，获得直接 甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料。
[0033]在一些优选实施例中，所述水凝胶的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料的制备方法，其特征在于，包括：提供水凝胶；将多孔材料浸润于所述水凝胶中，并排除所获材料的空气，密封后静置处理，获得直接甲醇燃料电池用可吸收甲醇的复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：将凝胶材料与选定溶剂混合，于第一温度下使凝胶材料充分溶解，再加入交联剂，于第二温度反应0.2～1h，获得水凝胶。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述凝胶材料包括琼脂、明胶、壳聚糖、聚丙烯酰胺水凝胶中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述选定溶剂包括水和/或醋酸溶液。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述第一温度为25～90℃；和/或，所述第二温度为30～50℃。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述交联剂包括戊二醛；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹思怡，周小春，于广洲，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：