公开了由纤维垫制成的具有高的表面积与体积比的燃料电池阳极。该燃料电池阳极可为通过电纺丝方法制备的纤维垫。该公开的阳极使得能够向燃料电池供以糖类燃料。在优选实施方案中，提供了燃料电池阳极，其中该阳极是电纺丝纤维垫，其中纤维由用导电材料优选银涂覆的聚合物制成。该阳极还可由如下的纤维垫制成，其中纤维由含有金属颗粒的聚合物纤维制成。在本发明专利技术中还公开了含有所公开的阳极和燃料例如葡萄糖的燃料电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的具有高的表面积与体积比的纤维阳极 及具有这样的阳极的燃料电池专利
本专利技术涉及燃料电池领域。更具体地，本专利技术涉及具有燃料溶液 和具有高的表面积与体积比的纤维阳极的燃料电池。专利技术背景燃料电池包括阴极(氧化剂电极)和阳极(燃料电极)，它们互 相面对，电解质(离子导体)介于它们之间，并且阳极保持与燃料溶 液接触。阴极保持与氧化剂接触。燃料电池通过下面机制产生电能。 阳极供给有燃料，该燃料被氧化和分解成电子和离子。电子通过金属 性电子导电材料向阳极移动。离子通过电解质发生移动。阴极供给有 来自外部的氧和通过金属性电子导电材料来自阳极的电子。本专利技术提供了燃料电池，其阳极(或者阳极和阴极二者)是涂覆 有催化导电材料例如银的具有高的表面积与体积比的纤维膜。这样的 阳极使得能够使用例如葡萄糖的燃料或任何其它燃料。此外，本专利技术 提供了制备这样的阳极和这样的燃料电池的方法。本专利技术特别用作燃料电池，该电池包含镀银的电纺丝纤维阳极和 作为燃料的葡萄糖溶液。为了核查这样的组合的可行性，进行了实验工作。下文将参考附图说明图1至3详细描述该工作。葡萄糖是理想的可再生燃料。其具有高的含能量体积燃烧焓(△ H )v(其定义为当lcm3燃料被完全氧化时释放的能量)为24. 3kJ/cm3。 葡萄糖具有其它优点其不爆炸，丰富(葡萄糖及其衍生物占植物 (Flora)重量的大于50%)，易于提取，可再生，可输送，易于贮存， 不可燃，无毒，不挥发，无臭，易于在任何地方生产且环境友好。燃料电池是能够从燃料将化学能直接转化为电能的电化学装置，在室温下理论效率高于0. 8且具有低的污染物排放。在将来，由葡萄 糖和其它糖类产生电的燃料电池可替代便携装置中的蓄电池，可用于 消耗生物质废弃物的发电厂，以及充当用于交通运输的发动机。供以葡萄糖燃料的燃料电池尚不可商业获得。两个障碍阻碍了该 装置的可行性。第一是糖类的高稳定性，这需要良好的催化剂由该燃 料产生电。第二涉及到燃料电池的性质电化学过程是表面现象。为了获得高的功率密度，需要具有高的表面积与体积比的结构。克服这 两个障碍是本专利技术的目的。电纺丝是制备直径在几微米至小于100 nm范围内的纤维的方法。 在该方法中，聚合物溶液由喷丝头供给并且在该喷丝头出口形成液滴。 在施加到该溶液的电场(~ 1 kV/cm)的存在下并且在距喷丝头若干距 离处放置对电极(收集体)时，Maxwell电应力拉伸所述液滴，产生 泰勒锥(Taylor cone)并且开始喷射。喷射体表现出电致弯曲不稳定 性，这导致该喷射体弯曲部分的拉伸。最终溶剂蒸发，该喷射体发生 干燥和凝固，纺制状态的纤维沉积在对电极上。所制得纤维的直径的 相对大的可变性对于电纺丝是固有的。发现控制电纺丝方法中的参数 涉及聚合物溶液流变性、导电性、流速、电场以及环境湿度和温度。 电纺丝纤维形成具有大的单位体积表面积和非常小的孔尺寸的非织造垫，该非织造垫在许多应用例如过滤、膜、复合材料中的增强纤维、 生物医学装置和用于组织工程的支架中是令人感兴趣的。发现电纺丝 垫的孔隙率和输运性能高度依赖于纤维直径。通过应用静电透镜，使 用图案化收集电极或者在两个收集电极之间施加AC场，可控制电纺丝 纤维的取向和横条(cross bar)的形成。通过将聚己内酯电纺丝成非织造纤维垫制得催化阳极。通过无电 沉积使聚合物纤维镀覆有银。银的沉积产生氧化葡萄糖的催化能力并 产生高导电性。将电镀垫作为阳极结合到供以葡萄糖燃料的无膜AFC 中。测量电池电压对负载电阻的依赖性。法，所述纤维垫能够在碱性环境中氧化葡萄^:假定葡萄糖的2化远未彻底，则产物是葡萄糖酸。阳极半反应为2C6H1206 +40H-今4e- + 2C6H1207 + 2H20 且在阴极的反应为02 + 4e- + 2H20 40ff 因此总反应为2C6H1206 + 02 3 2C6H1207 〖3]将所述结果与就纯银的平整箔制成的对照阳极所获得的结果进行 对比。使用垫的物理性能间的简单数学关系估算纤维膜的表面积。所 得实验结果证实了电流密度与阳极中纤维的估算总表面积成比例的假 设。化学品和溶液-对于本工作，制备6种不同的溶液。各种溶液的目 的、它们的制备中涉及的化学品、它们的供应商和使用量均列于表1 中。所有材料是分析级并且按收到时那样使用而不进行另外处理。表l.用于本工作的化学品和溶液溶液目的化学品(供应商)量A聚合物纤维聚已内酯(PCL), MW 80,000 g/mol. (Aldrich，美国)在其溶剂中10% w/w溶剂二曱基曱酰胺(Frutarom，以色列) 二氯曱烷(BioLab,以色列)1重量份 3重量份SnCl2 ■ 2H20 (Merck，德国)114 g/1B镀覆HC1 (Frutarom,以色列)600g/l预处理PdCl2 (Fluka,瑞士) 丁二酸钠(BDH，英国)2 g/1 14 g/1硝酸银(Carlo Ebra,意大利)3.5 gC镀银前体氨溶液(Frutarom,以色列)40 ml.-总计100 ml蒸馏水 氢氧4匕钠(Frutarom,以色列)60 ml 2.5 g无水葡萄糖(Fluka,瑞士)4.5 gD镀银前体酒石酸(Merck,德国)0.4 g-总计100 ml乙醇(Carlo Ebra,意大利) 蒸馏水10 ml 90 mlE*镀银溶液C1体积份溶液D2体积份FAFC燃料和电葡萄糖，无水(Carlo Ebra，意大利)3.6 g解质1 M K0H (Frutarom,以色列)25 ml最终体膜的制备-将溶液A泵送到具有25规格(gauge )针头的注射器中。 通过高压变压器(Glassman Inc.高压电源)在溶液和水平旋转的圆盘 式阴极收集体之间施加约1 KV/cm的电场。阴极(10-cm半径)的旋转 速度为30 RPM。将针头垂直向下放置，尖部高于阴极约15 cm。经过 该针头的流速为3ml/h。为各个垫收集纤维，持续约1小时的电纺丝， 然后在真空中将其干燥24小时。在电纺丝处理后，膜经过分为两个阶 段的无电镀银过程(1)用亚锡-钯溶液活化预处理，和(2)银金属镀覆。 两个阶段均汇总于表2中。表2.预处理和银金属镀覆阶段。关于各种溶液的描述参见表l。阶段步骤步骤描述1将PCL膜浸没在乙醇中。2将该垫浸在蒸馏水中。预处理3在37土21C的温度下将膜浸入溶液B中5分钟(活化)。4用蒸馏水沖洗经活化的垫，直到水变清。将膜保存在蒸 馏水浴中直到下一阶段5分别将溶液C和D加热至37 ± 2'C。6制备溶液E并且使其维持在37士2。C。银金7将湿的PCL膜即刻浸没在加热的溶液E中5分钟。该膜属镀覆获得浅灰色。8用蒸馏水洗涤该膜，直到水变清。9在室温下于滤纸上干燥该膜。燃料电池—吏用KOH(HKU-002C， Fuel Cell Research Lab. ， Dept. of Chemistry, Hong Kong Univers Uy)作为电解质对供以葡萄糖燃 料的AFC进行测量。将燃料溶解在液体碱性电解质中并且将二者一起 置于电池中。电池以类似于蓄电池的分批模式进行工作，其中向该电 池加入初始有限量的燃料。阴极(E-TEK， Somerset, NJ本文档来自技高网...
【技术保护点】
燃料电池，其包含：互相面对的阴极和阳极，电解质介于它们之间，保持与所述阳极的至少一部分接触的燃料，其中所述阳极是具有高的表面积与体积比的纤维垫阳极，并且所述阴极的至少一部分与空气或氧自由接触，所述纤维垫阳极由导电纤维或用导电材料涂覆的非导电纤维制成。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：P舍驰尼尔，E布比斯，E克罗尔，E苏斯曼，S彻尔温斯克，
申请(专利权)人：奥非克埃什科洛特研究与发展有限公司，泰克尼昂研究开发基金有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]
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