[发明专利]一种基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池

权利要求书

1.一种基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于包括储液腔、密封垫圈、阳极集电板、阴极集电板、阴极气体扩散层、阳极扩散层、膜电极和端板；在阳极集电板和阴极集电板的内侧分别设有一块密封垫圈，两密封垫圈之间设有膜电极，膜电极位于阴极集电板一侧设有阴极气体扩散层，膜电极位于阳极集电板一侧设有阳极扩散层，阳极集电板外侧设有端板，阳极集电板和端板之间设有储液腔，阳极集电板与储液腔之间以及储液腔与端板之间都设有密封垫圈；储液腔、密封垫圈、阳极集电板、阴极集电板和端板的边缘均匀设有多个用于固定的圆孔；所述阳极集电板在中央设有多个甲酸及二氧化碳流通的通道，该通道区域组成阳极集电板的集电部分，用于供甲酸进入及气体产物排出阳极扩散层；阴极集电板在中央设有多个空气及水流通的通道，该通道区域组成阴极集电板集电部分，用于供空气进入及产物水排出阴极气体扩散层；所述储备腔和密封垫圈为方形，中央设有开口；在储备腔顶端中央开有燃料及气体通道，供燃料注入及反应气体释出；所述膜电极7包括质子交换膜以及喷涂于质子交换膜两表面的催化剂；膜电极7包括质子交换膜以及喷涂于质子交换膜两表面的催化剂；位于阳极侧的催化剂为阳极催化剂，阳极催化剂使用Pd的重量百分比为20～50％的Pd/C、PdPt/C或Pt/C催化剂；位于阴极侧的催化剂为阴极催化剂，阴极使用Pt的重量百分比为20～40％的Pt/C催化剂；阳极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²，阴极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²。

2.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述储液腔和密封垫圈的开口的大小与阳极集电板的集电部分、阴极集电板的集电部分、阴极气体扩散层、膜电极、阳极扩散层的大小一致。

3.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述储液腔采用有机玻璃板或PTFE材质。

4.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳极集电板和阴极集电板采用环氧玻璃纤维材质印刷电路板。

5.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阴极气体扩散层为憎水性碳纸；

6.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳极扩散层为亲水性碳纸。

7.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳极集电板和阴极集电板中央开设的通道为方形、三角形或圆形；圆形通道的横截面圆的直径孔径为0.5～3mm。

8.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳极催化剂的制备方法包括如下步骤：

(1)金属前躯体加入浓盐酸中超声溶解，然后加入乙二醇，得组分A；所述的金属前躯体为PdCl₂和/或H₂PtCl₆·6H₂O；所述金属前躯体与乙二醇的质量体积比为4-6mg∶1ml；浓盐酸的质量浓度为36％-38％；

(2)按质量体积比为100-200mg∶15ml，将导电炭黑加入乙二醇中超声分散得组分B；

(3)络合剂加入乙二醇中溶解得组分C；所述的络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸和/或EDTA；所述的金属粒子与络合剂的摩尔比为1∶10～1∶2；

(4)将组分C加入到组分B中得组分D；组分C和组分B的体积比为1∶1-2；

(5)将组分A逐滴加入到组分D中得组分E；组分A和组分D的体积比为1∶2-3；

(6)组分E超声分散5h-8h，搅拌过夜后，用试剂F调节组分E的pH值为8～11，倒入聚四氟乙烯高压反应釜中，100～160℃高温反应4～12小时；待冷却至室温后，用试剂G调节pH值为4～8，二次水洗涤过滤至检测无Cl^-止，60-80℃真空干燥过夜，制得Pd/C、PdPt/C或Pt/C催化剂；所述试剂F为5％～20％质量浓度的KOH乙二醇溶液；所述试剂G为5％～20％质量浓度的稀HNO₃水溶液。

9.根据权利要求8所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，步骤(1)的超声溶解以及步骤(2)步骤(6)的超声分散中的的超声波功率为150W，超声频率为40KHz。