一种生物质燃料电池及制备方法技术

本发明专利技术公开一种生物质燃料电池及制备方法，其制备方法包括：分别制备电池外壳

【技术实现步骤摘要】
一种生物质燃料电池及制备方法


[0001]本专利技术涉及生物燃料电池
，尤其涉及一种生物质燃料电池及制备方法
。

技术介绍

[0002]由于全球化石能源短缺及化石能源在开采使用过程中会对环境造成一定危害，寻求新型可再生能源已引起全世界的广泛关注，燃料电池是在金属催化剂的作用下将燃料
(
氢气
、
甲醇等
)
和氧化剂
(
通常是氧气
)
的化学能，按照电化学的方式直接转化成电能的装置，与传统的能源相比，燃料电池在反应过程中不涉及燃烧，因而能量转换不受卡诺循环的限制，具有高效
、
洁净
、
环境友好的显著特点
。
[0003]而生物燃料电池是一种以生物催化剂代替传统的金属催化剂的一种特殊的燃料电池，被认为是一种新型的绿色能源，生物燃料电池按催化剂类型可以分为微生物燃料电池和酶型生物燃料电池，其作为一种能源转化和供应装置，自身的特点决定其具有独特的应用，在生物学和临床医学等方面的研究以及生物质能的利用方面均具有重要的意义
。
[0004]现有的生物质燃料电池大都原料昂贵，成本较高，生物相容性和电极导电性不好，电池的输出功率较低，且运行不稳定，使用寿命不长，另外现有的生物质燃料电池的制备工艺大都流程复杂，不易操作，一定程度上降低了制备效率并提高了制备成本，不能适用于大规模生产制备，也无法满足人们日益提高的能源需求，因此，本专利技术提出一种生物质燃料电池及制备方法用以解决现有技术中存在的问题
。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种生物质燃料电池及制备方法，解决现有的生物质燃料电池大都原料成本较高，生物相容性和电极导电性不好，电池的输出功率较低，且运行不稳定，使用寿命不长，以及现有的生物质燃料电池的制备工艺大都流程复杂，不易操作的问题
。
[0006]为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种生物质燃料电池，包括电池外壳
、
阳极材料
、
阴极材料和碱性溶液，所述电池外壳采用聚甲基丙烯酸甲酯
、
氧化铝和纳米二氧化硅为原料注塑成型，所述阳极材料为泡沫镍，所述阴极材料以疏水碳布为基料并在疏水碳布表面依次涂覆碳支撑层
、
扩散层和催化层制成，所述碱性溶液由纤维素
、
葡萄糖
、
甲基紫精和氢氧化钠溶液混合制备而成
。
[0007]进一步改进在于：所述电池外壳的侧壁开设有进气口和出气口，所述电池外壳为圆柱形中空设计且两端均利用环形橡胶圈作为密封件，所述电池外壳内侧两端的阳极和阴极均嵌合插接有镍丝导线，以连接阳极材料和阴极材料
。
[0008]一种生物质燃料电池的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：先以聚甲基丙烯酸甲酯
、
氧化铝和纳米二氧化硅为原料，并采用注塑模具注塑出电池外壳，再制取泡沫镍作为阳极材料，接着以疏水碳布为基材，并在疏水碳布上依次涂覆碳支撑层
、
扩散层和催化层，制得阴极材料，然后以纤维素
、
葡萄糖
、
甲基紫精和氢氧
化钠溶液为原料并按混合质量比
4:3:1:2
混合制备出碱性溶液；
[0010]步骤二：先将步骤一中制得的阴极材料和阳极材料分别填装至电池外壳内部两端，并使阴极材料上的催化层朝向阳极材料的方向，再采用环形橡胶圈对阴极材料和阳极材料压紧，直至阴极材料和阳极材料分别与电池外壳内部两侧的镍丝导线接触；
[0011]步骤三：待步骤二中的阴极材料和阳极材料组装完毕后，先将碱性溶液从电池外壳侧面的进料口注入电池外壳内腔，再采用通氮气的方式将电池外壳内的氧气排出，随后将电池外壳的进气口和出气口封闭，即制得生物质燃料电池
。
[0012]进一步改进在于：所述步骤一中，所述疏水碳布的具体制备步骤为：先剪切一块与电池外壳直径适配的碳布，再将剪切出的碳布浸入聚四氟乙烯乳液中，浸润后再将碳布取出并风干，接着对风干的碳布进行加热灼烧，获得疏水碳布
。
[0013]进一步改进在于：所述聚四氟乙烯乳液的质量浓度为
45
～
50
％，所述碳布在聚四氟乙烯乳液中的浸泡时间为5～
10min
，所述碳布浸泡完毕后采用吹风机风干，所述碳布的加热灼烧温度为
330
～
350℃
，加热灼烧时间为
25
～
30min。
[0014]进一步改进在于：所述步骤一中，所述碳支撑层的具体涂覆步骤为：先根据疏水碳布的面积按比例称取炭黑粉末，再将称取的炭黑粉末加入聚四氟乙烯乳液中并振荡均匀，制得炭黑混合液，接着将炭黑混合液涂覆到疏水碳布左右两侧的其中一侧表面并风干，风干后再加热灼烧，待冷却后在疏水碳布表面形成碳支撑层
。
[0015]进一步改进在于：所述炭黑粉末按每平方厘米疏水碳布取
2mg
炭黑进行称取，所述炭黑粉末和聚四氟乙烯乳液按质量比
1:8
～9混合，所述聚四氟乙烯乳液的质量浓度为
45
～
50
％，所述炭黑粉末加入聚四氟乙烯乳液后采用超声波振荡器进行振荡扩散，所述炭黑混合液涂覆到疏水碳布表面后自然风干，风干后的加热灼烧温度为
350
～
360℃
，加热灼烧时间为
30
～
35min。
[0016]进一步改进在于：所述步骤一中，所述扩散层的具体涂覆步骤为：先采用搅拌器对聚四氟乙烯乳液进行混合搅拌，再将搅拌均匀的聚四氟乙烯乳液均匀涂覆到疏水碳布上的碳支撑层表面，待涂层风干后再加热灼烧，冷却后形成扩散层，然后重复上述步骤继续制备扩散层，制得复合扩散层
。
[0017]进一步改进在于：所述聚四氟乙烯乳液的质量浓度为
55
～
65
％，所述复合扩散层由五层扩散层叠加形成，所述疏水碳布的碳支撑层表面在涂覆聚四氟乙烯乳液并风干后采用
350
～
360℃
的加热温度灼烧
10
～
15min。
[0018]进一步改进在于：所述步骤一中，所述催化层的具体涂覆步骤为：先根据炭黑粉末的重量按比例称取铂炭催化剂
、
去离子水和异丙醇，炭黑粉末
、
铂炭催化剂
、
去离子水和异丙醇的质量比为
10:9:2:1
，接着将称取的铂炭催化剂
、
去离子水和异丙醇混合搅拌并涂覆于疏水碳布上没有符复合扩散层的一面，然后自然风干
20
～
24h
，形成催化层
。
[0019]本专利技术的有益效果为：本专利技术以聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物质燃料电池，其特征在于：包括电池外壳
、
阳极材料
、
阴极材料和碱性溶液，所述电池外壳采用聚甲基丙烯酸甲酯
、
氧化铝和纳米二氧化硅为原料注塑成型，所述阳极材料为泡沫镍，所述阴极材料以疏水碳布为基料并在疏水碳布表面依次涂覆碳支撑层
、
扩散层和催化层制成，所述碱性溶液由纤维素
、
葡萄糖
、
甲基紫精和氢氧化钠溶液混合制备而成
。2.
根据权利要求1所述的一种生物质燃料电池，其特征在于：所述电池外壳的侧壁开设有进气口和出气口，所述电池外壳为圆柱形中空设计且两端均利用环形橡胶圈作为密封件，所述电池外壳内侧两端的阳极和阴极均嵌合插接有镍丝导线，以连接阳极材料和阴极材料
。3.
应用于权利要求1所述的一种生物质燃料电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：先以聚甲基丙烯酸甲酯
、
氧化铝和纳米二氧化硅为原料，并采用注塑模具注塑出电池外壳，再制取泡沫镍作为阳极材料，接着以疏水碳布为基材，并在疏水碳布上依次涂覆碳支撑层
、
扩散层和催化层，制得阴极材料，然后以纤维素
、
葡萄糖
、
甲基紫精和氢氧化钠溶液为原料并按混合质量比
4:3:1:2
混合制备出碱性溶液；步骤二：先将步骤一中制得的阴极材料和阳极材料分别填装至电池外壳内部两端，并使阴极材料上的催化层朝向阳极材料的方向，再采用环形橡胶圈对阴极材料和阳极材料压紧，直至阴极材料和阳极材料分别与电池外壳内部两侧的镍丝导线接触；步骤三：待步骤二中的阴极材料和阳极材料组装完毕后，先将碱性溶液从电池外壳侧面的进料口注入电池外壳内腔，再采用通氮气的方式将电池外壳内的氧气排出，随后将电池外壳的进气口和出气口封闭，即制得生物质燃料电池
。4.
根据权利要求3所述的一种生物质燃料电池的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，所述疏水碳布的具体制备步骤为：先剪切一块与电池外壳直径适配的碳布，再将剪切出的碳布浸入聚四氟乙烯乳液中，浸润后再将碳布取出并风干，接着对风干的碳布进行加热灼烧，获得疏水碳布
。5.
根据权利要求4所述的一种生物质燃料电池的制备方法，其特征在于：所述聚四氟乙烯乳液的质量浓度为
45
～
50
％，所述碳布在聚四氟乙烯乳液中的浸泡时间为5～
10min
，所述碳布浸泡完毕后采用吹风机风干，所述碳布的加热灼烧温度为
330
～
350℃
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳佳，石建伟，耿国，
申请(专利权)人：德普新源武汉生态技术有限公司，
类型：发明
国别省市：