[发明专利]一种碱性阴离子膜燃料电池

说明书

本发明提供了一种碱性阴离子膜燃料电池，包括：阳极、负载催化剂的阳极扩散支持层；阴极、负载催化剂的阴极扩散支持层；位于阳极扩散层和阴极扩散层之间的阴离子交换膜；阳极燃料为含水合肼的溶液，阴极氧化剂为含过氧化氢的溶液。本发明中，通过使用含水合肼的溶液作为阳极燃料，含过氧化氢的溶液作为阴极氧化剂，相对于现有技术中以氧气及氢气作为电池的氧化剂和燃料而言，大幅度减小了存储空间；并且由于水合肼具有较低的氧化还原电位，使得氧化还原反应进行的更加充分，提升了燃料的转化效率；选用对电解质溶液中的钠离子的传导率较高的Nafion膜作为离子交换膜，进一步增大了电池的开路电压从而扩大了燃料电池的使用范围。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种碱性阴离子膜燃料电池。

背景技术

当今世界，环境污染及能源匮乏已经成为威胁人类生存的两大杀手，因此人们不断寻求一种新型清洁能源取代传统化石燃料。电池是一种可以将物质中的化学能高效转化为电能的装置，其具有原理简单、结构清晰等优点，因此它是最有可能取代传统化石能源的新型清洁装置之一。作为电池中的一大类别，燃料电池具有转化效率高、产物无污染等优点逐渐成为人们研究的热点。碱性阴离子交换膜燃料电池是一种以碱性膜材料为电解质的燃料电池，它较其他燃料电池具有氧化过电位低、可以使用非贵金属作为催化剂等优点，因此备受关注。

现阶段碱性阴离子交换膜燃料电池大多采用氧气及氢气作为电池的氧化剂和燃料，产物是水对环境无污染，但是它也存在一定的弊端，由于两种物质均为气态，在使用时通常将它们储存在高压瓶中，在一定程度上限制了它的使用，同时由于氢气本身存在的性质使其不易液化，进一步使其存在危险。现阶段氢气的制备大多采用的是电解水技术，这样不仅很大程度上降低了电池的优势，还增加了成本。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种碱性阴离子膜燃料电池，旨在解决现有膜燃料电池中燃料存储所需体积较大的问题。

一个方面，本发明提出了一种碱性阴离子膜燃料电池，包括：阳极、负载催化剂的阳极扩散支持层；阴极、负载催化剂的阴极扩散支持层；位于所述阳极扩散层和所述阴极扩散层之间的阴离子交换膜；其中，所述阳极燃料为含水合肼的溶液，所述阴极氧化剂为含过氧化氢的溶液。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述水合肼的质量浓度为10％-20％。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述水合肼与所述碱液的摩尔比为1:4。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述碱液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的一种或两种。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述阴极氧化剂为过氧化氢与碱的混合溶液。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述阳极扩散支持层、所述阴极扩散支持层与阴离子交换膜之间通过热压工艺形成膜组件。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述阴离子交换膜为Nafion膜、季胺型阴离子交换膜、季磷型阴离子交换膜、硫基型阴离子交换膜或有机无机混合膜中的至少一种。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述阳极扩散支持层和所述阴极扩散支持层负载的催化剂均包括过渡金属元素。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述过渡金属元素为Ni和Co中的一种或者两种。

进一步地，上述碱性阴离子膜燃料电池中，所述阳极扩散支持层材料为碳纸；所述阴极扩散支持层材料为碳纸；所述阳极极板为不锈钢或石墨板；所述阴极极板为不锈钢或石墨板。