【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微型直接甲醇燃料电池阴极扩散层，尤其涉及一种基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池。
技术介绍
1、微型直接甲醇燃料电池(μdmfc)作为一种新型清洁能源，由于其高能量密度、易于储存和丰富的燃料来源、易于启动和生态友好等优点，在便携式电子能源领域具有广阔的应用前景。μdmfc的核心是膜电极组件(mea)——它由阳极电极、阴极电极和质子交换膜(pem)组成，质子交换膜夹在两个电极之间，阳极电极和阴极电极都包含有扩散层(dl)和催化层(cl)。其中扩散层(dl)对电化学反应没有直接作用，但它控制着反应物和产物向/或从催化层的传质，同时它还承担着为催化层提供支撑结构以及将催化层与集电器连接在一起的工作。因此，改善dl是μdmfc技术中的关键。
2、目前，μdmfc由于扩散层和集电器之间存在较大的接触阻抗和刚性不足等问题的影响，其性能远低于预期理论值。本专利技术主要目的是选用泡沫碳(foamy carbon,fc)作为阴极扩散层，泡沫碳是一种具有高电导率的三维网状碳材料，具有独特的多级孔结构、大的比表面积等性质，其中高导电率会减小mea膜与集流板间的接触电阻，立体三维的空间网状结构能够为催化剂的附着提供更多可吸附位点，从而使电池的整体功率密度得到提高。
技术实现思路
1、针对现有技术中扩散层和集电器之间存在较大的接触阻抗和刚性不足，从而使得电池功率密度小的不足，本专利技术提供一种改善微型直接甲醇燃料电池阴极扩散层的方法，选用泡沫碳作为阴极扩散层，刷涂微孔层浆料后
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，采用泡沫碳作为阴极扩散层，在泡沫碳一侧刷涂微孔层浆料后在通入流动氮气的管式炉中烧结得到基于泡沫碳制备的阴极微孔层，然后继续喷涂催化剂浆料制得基于泡沫碳的气体扩散电极，采用阴极气体扩散电极制备得到微型直接甲醇燃料电池。
3、作为优选，所述泡沫碳的大小为1-2cm2，厚度为800-1200μm，电阻率为5.5-6.5×10-4(ω/cm)，孔隙率＞90％。
4、作为优选，所述微孔层浆料刷涂在1-2cm2的泡沫碳上，刷涂厚度为0.0015-0.01mm，刷涂前后增重0.15-0.30mg。
5、作为优选，所述泡沫碳扩散电极的制备方法如下：
6、步骤(1)取泡沫碳，裁剪为1-2cm2的正方形，用去离子水进行多次洗涤，去除表面污垢，后放入恒温箱中干燥；
7、步骤(2)使用乙二醇作为分散剂将碳粉和ptfe溶液混合，超声分散后搅拌，得到微孔层浆料；
8、步骤(3)搅拌均匀混合后的浆料刮涂在阴极泡沫碳表面，在恒温箱中多次烘干，后将其置于在真空管式炉烧结后作为微孔层；
9、步骤(4)使用异丙醇和去离子水作为分散剂将pt/c与nafion溶液混合，超声分散后搅拌，得到催化层浆料，后将浆料均匀地喷涂在阴极泡沫碳微孔层一侧作为催化层。
10、作为优选，步骤(2)所述微孔层浆料时，需超声分散后搅拌2-3小时，超声功率为35-45khz，超声时间10-20min；碳粉与8-12％(wt)ptfe溶液、乙二醇的质量体积比(g/ml)为0.8-1.2：0.8-1.5：8-15。
11、作为优选，步骤(3)在管式炉中烧结时，烧结温度为300-400℃；烧结时间为1.5-4h。
12、作为优选，步骤(4)制备催化层浆料时，需超声分散后搅拌2-3小时，超声功率为35-45khz，超声分散时间10-20min；采用35-45wt％pt/c、3-8wt％nafion、去离子水与异丙醇制备催化层浆料，四者的质量体积比(g/ml)为3-5：15-25：15-25：4-60。
13、作为优选，步骤(4)喷涂烘干后pt的载量为1.8-2.5mg/cm2，增重为5.5-6.5mg/cm2。
14、泡沫碳具有高导电率和高孔隙率，正因其高孔隙率没办法作为阳极扩散层，若其作为阳极扩散层则会导致对甲醇阻挡作用减弱，甲醇渗透增加，进而产生甲醇过电位削弱电池性能。故本专利技术工艺用泡沫碳作为阴极扩散层，利用泡沫碳是高电导率的三维网状碳材料，具有独特的多级孔结构、大的比表面积等性质，其中高导电率会减小mea膜与集流板间的接触电阻，立体三维的空间网状结构能够为催化剂的附着提供更多可吸附位点，满足dl应具有的特性，并且具有比常规结构更高的能量效率。能够缓解阴极水淹，能够提供更多的氧气通道，进而加快反应进行。
15、本专利技术采用泡沫碳作为阴极扩散层制备了μdmfc的新型扩散电极来提高电池的整体功率密度。利用sem、四探针电阻测试、座滴法从物理形态对泡沫碳表面微观形貌、电阻率、浸润性和孔隙率等研究。此外，在μdmfc工作状态下采集了极化曲线、电化学阻抗谱(eis)、恒流放电等数据，利用等效电路模型，研究μdmfc内部的阻抗损失，并与常规结构的μdmfc进行比较，探究基于泡沫碳的扩散电极对μdmfc性能的影响。实验结果表明，fc-mea结构具有更大的阴极催化层曝光率，因此提供更多的气液两相通道μdmfc，减少了传质死区，可以有效缓解阴极局部反应产生的水对传质通道的堵塞和局部反应引起的不均匀热。fc的静态接触角(contact angle，ca)为84.08°，cp的ca为113.23°，fc的浸润性更好一些，具有较好气相通道，结合孔隙率与ca，fc对气液两相流的管理在浸润性方面更加优秀，且由于低电阻率，高孔隙率，在电子传导、及时散热方面性能更好。采用fc作为阴极扩散层能较好的提高μdmfc性能。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术选用泡沫碳作为阴极扩散层，制得新型μdmfc，阴极扩散层表现出更低的电阻率和更高的比表面积，有效降低μdmfc的欧姆电阻、电荷转移电阻和传质电阻，同时泡沫碳更高的孔隙率和较小的表面接触角，增加了μdmfc阴极催化层曝光率，提供更多的气液两相通道，优化了o2和水排出通道，提高了电池的运行时间。在甲醇燃料电池运行条件下，降低了电池内部整体电阻，提高了电池各个浓度下的功率密度，能够稳定运行更长时间，该电极比传统电极表现出更优良的电池性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，采用泡沫碳作为阴极扩散层，在泡沫碳一侧刷涂微孔层浆料后在通入流动氮气的管式炉中烧结得到基于泡沫碳制备的阴极微孔层，然后继续喷涂催化剂浆料制得基于泡沫碳的气体扩散电极，采用阴极气体扩散电极制备得到微型直接甲醇燃料电池。
2.根据权利要求1所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述泡沫碳的大小为1-2cm2，厚度为800-1200μm，电阻率为5.5-6.5×10-4(Ω/cm)，孔隙率＞90％。
3.根据权利要求1所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述微孔层浆料刷涂在1-2cm2的泡沫碳上，刷涂厚度为0.0015-0.01mm，刷涂前后增重0.15-0.30mg。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述泡沫碳扩散电极的制备方法如下：
5.根据权利要求4所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接
7.根据权利要求4所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，
8.根据权利要求4所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池及其制备方法，其特征在于，步骤(4)喷涂烘干后Pt的载量为1.8-2.5mg/cm2，增重为5.5-6.5mg/cm2。
...【技术特征摘要】
1.一种基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，采用泡沫碳作为阴极扩散层，在泡沫碳一侧刷涂微孔层浆料后在通入流动氮气的管式炉中烧结得到基于泡沫碳制备的阴极微孔层，然后继续喷涂催化剂浆料制得基于泡沫碳的气体扩散电极，采用阴极气体扩散电极制备得到微型直接甲醇燃料电池。
2.根据权利要求1所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述泡沫碳的大小为1-2cm2，厚度为800-1200μm，电阻率为5.5-6.5×10-4(ω/cm)，孔隙率＞90％。
3.根据权利要求1所述的基于泡沫碳气体扩散电极的直接甲醇燃料电池，其特征在于，所述微孔层浆料刷涂在1-2cm2的泡沫碳上，刷涂厚度为0.0015-0.01mm，刷涂前后增重0.15-0.30...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵振刚，金典，周梦瑶，张大骋，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。