[发明专利]以小分子液态有机物为燃料的液流燃料电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源领域中的燃料电池技术，涉及一种以甲醇、甲醛和甲酸等容易运输存贮的小分子液态有机物为燃料，空气为氧化剂的以小分子液态有机物为燃料的液流燃料电池的制备方法。

背景技术

燃料电池能通过把燃料和氧化剂分别在电池的两侧电极上放电实现将燃料的化学能直接转变为电能，所以它的能量转化率很高，不受卡诺循环能量转换效率的限制，是传统热机效率的两倍以上。通过氢燃料电池实现能量的转换是一种高效、清洁的能源利用方式。但由于氢燃料电池使用的燃料氢气是一种易燃易爆的气体，在存贮，运输环节存在很多的问题。目前主要氢气存贮方式有高压氢气罐存贮，储氢合金存贮以及高温催化剂重整。其中高压氢气罐储氢存在存储氢压缩过程中本身耗能大，储氢密度低，体积大的缺点。而储氢合金储氢存在储氢合金在反复储氢过程合金不断粉碎细化导致合金储氢失效等一系列问题，同时储氢合金储氢还存在合金本身重量大的缺陷。而高温催化剂重整则存在重整器产出的氢气存在一定浓度的一氧化碳气体，能够使燃料电池的催化剂中毒导致燃料电池不能正常工作。

同时普通的以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池在运行过程中需要贵重的白金作为催化剂，这为大规模发展燃料电池带来了不可逾越的困难

因而，目前质子交换膜燃料电池领域的发展因为燃料存储运输，以及贵金属催化剂导致的价格昂贵，发展受到了极大的阻碍。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种甲醇、甲醛、甲酸等容易运输存贮的小分子液态燃料为燃料，空气为氧化剂的以小分子液态有机物为燃料，能避开氢气燃料的存储运输难题，能降低燃料电池制作成本的液流燃料电池的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种以小分子液态有机物为燃料的液流燃料电池的制备方法，将小分子液态燃料和催化剂溶液一起使用微型泵输送至低温液相燃料重整器在温度20～200℃、压力为0.1～20MPa下进行重整反应，使得小分子液态燃料转换为由具有还原性的液态燃料，同时小分子液态自身完全氧化为二氧化碳和水；以该还原性的燃料溶液和空气分别是还原剂和氧化剂输入到燃料电池及可进行发电；还原性的燃料溶液在负极电极上放电被氧化后重新变成催化剂溶液和甲醇燃料一起重新输送到低温液相燃料重整器进行反应；该过程不断的循环，燃料电池工作时产生的水通过水管理系统从系统中排出。

  所述的小分子液态燃料包括甲醇、甲醛和/或甲酸或者由它们一种或几种的混合物组成。

所述的催化剂溶液是指由溶解于酸性溶液中的多酸形成的溶液，多酸可以是同多酸或者杂多酸；同多酸为钨酸或者钼酸，杂多酸则为通式为[XaMbO₄₀]^n- ,X=P,Si,Ge,As…,M=W,Mo,a:b=1:6 , 1:9,1:12 的一系列化合物；催化剂溶液可以是上述多酸中的一种或几种混合而成；催化剂是指Co,Ni,Mn,Ir,Ru,Au,Pt,W,Mo,Ag金属以及有它们一种或者几种组成的合金催化剂，或者有MnO₂,LaMnO₃、LaNinO₃和LaCoO₃，以及有这些化合物掺杂Ca、Sr、Ce、Pb元素形成的化合物。

所述的多酸是由多酸分子和有机分子结合成的超分子化合物，如[(C₁₉H₁₈N₃)₂H][PMo₁₂O₄₀],硅钨酸和有机分子PPY形成的(ppy)₄H₆[SiW₁₂O₄₀]超分子化合物。

所述的酸性溶液为硫酸、盐酸和磷酸这类的无机酸中的一种或者几种混合而成。

所述的还原性的燃料溶液是指多酸溶液被还原得到的具有还原性的杂多蓝溶液。

所述的燃料电池具有燃料电池负极、氢离子交换膜和正极空气气体扩散电极；所述的燃料电池负极是以经过热处理的并进行表面修饰的聚丙烯纤维碳毡和集流板复合组成负极。

所述的电极表面修饰的化学处理使用的金属元素为Co,Ni,Mn,Ir,Ru,Au,Ag

Pt,W,Mo其中的一种或者几种组合。

所述的离子交换膜是指全氟磺酸树脂交换膜或者能通过氢离子的非全氟磺酸质子交换膜。

所述的正极是指由粘接剂、炭黑、催化剂和集流网形成的疏水多孔的气体交换电极。