[发明专利]银催化镁铝层状氢氧化物膜甲酸盐燃料电池及制备方法

说明书

一种银催化镁铝层状氢氧化物膜甲酸盐燃料电池及制备方法。所述一种银催化镁铝层状氢氧化物膜甲酸盐燃料电池由膜电极、阳极板和阴极板组成。其中，膜电极由阴离子交换膜、钯银还原氧化石墨烯阳极催化剂层和银铜阴极催化剂层组成。本发明使用AgPd‑rGO作为阳极催化剂，低成本Ag的合金化减少了贵金属Pd的使用量；AgCu作为阴极催化剂，AgCu合金对甲酸盐燃料显示惰性，阴极不会出现混合电位；能够提高直接甲酸盐燃料电池的能源效率和功率密度；采用LDH离子交换膜作为阴离子交换膜，减少了燃料渗漏，同时降低了成本。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体是一种基于银基双金属催化剂和层状氢氧化物阴离子交换膜的碱性直接甲酸盐阴离子交换膜燃料电池及其制备方法。

背景技术

燃料电池具有能量密度高、能量转换效率高、清洁环保和适应范围广等优点，正受到越来越多的关注。直接液体燃料电池可以使用甲醇、乙醇、丙三醇、甲酸、甲酸盐、葡萄糖等燃料，具有燃料的存储、运输安全性高等优势。其中，直接甲酸盐燃料电池还具有功率密度高、抗中毒能力强和燃料可从二氧化碳直接低成本获得等优点，开始吸引人们的视线，逐渐成为一种前景广阔的燃料电池。

直接甲酸盐燃料电池主要由催化剂、离子交换膜和基体材料组成。由阳极催化剂层、离子交换膜和阴极催化剂层组成的膜电极，是直接甲酸盐燃料电池的重要组件，离子交换膜和催化剂材料的设计和制备是直接甲酸盐燃料电池的核心技术。

目前，直接甲酸盐燃料电池的离子交换膜材料主要为商业Nafion膜，这种全氟磺酸膜为一种阳离子交换膜，制作困难，价格昂贵，燃料渗漏率高，对于温度和含水量的要求较高，在甲酸盐燃料电池应用时需要预处理过程。目前的商业阴离子交换膜，离子电导率较低，化学稳定性和热稳定性较差，其性能还无法满足直接甲酸盐燃料电池应用过程中对离子传导率的要求。

目前，直接甲酸盐燃料电池的催化剂材料主要为商业Pt和Pd基等贵金属催化剂，如PtRu阳极和PtC阴极催化剂。因Pt储量较低，价格昂贵，在阳极催化过程中易产生一氧化碳中毒，在阴极催化过程中易出现混合电位现象，已经成为制约直接甲酸盐燃料电池发展的难题。同样，PdC阳极催化剂的价格仍然很高，导致了直接甲酸盐燃料电池的价格十分昂贵，提高直接甲酸盐燃料电池的催化剂性能和降低成本是目前的研究焦点。

在公开号为CN107017409A的发明创造中提出了一种电碱盐联产直接甲酸盐燃料电池，其采用了Nafion膜为离子交换膜，PdAu合金作为阳极催化剂，具有较高的功率密度和稳定性，但是其采用的阳离子交换膜成本较高，同时使用的PdAu催化剂价格仍然较高，限制了它的广泛应用。

在公开号为CN104577160A的发明创造中提出了一种基于MEMS技术的微型直接甲酸燃料电池，其以微机电加工技术为基点，采用PDMS作为基体材料，简化了电池结构，实现了甲酸燃料电池的便携性。但是其采用的阳极催化剂为PtRu、阴极催化剂为PtC，均为贵金属催化剂，离子交换膜材料为Nafion膜，同样具有很高的成本，不适合广泛应用。

在学术论文Prospective direct formate fuel cell中提出了一种直接甲酸盐燃料电池，使用PdC(负载量为4.0mg/cm²)和AgC(8.0mg/cm²)作为阳极和阴极催化剂，使用40μm厚的聚苯并咪唑基膜，实现了较高的功率密度，但是其使用的PdC阳极催化剂和聚苯并咪唑基膜价格都十分昂贵，限制了其大范围的应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的阳极催化剂易中毒、阴极催化剂易出现混合电位和离子交换膜燃料渗漏率高的不足，本发明提出了一种银催化镁铝层状氢氧化物膜甲酸盐燃料电池及制备方法。

所述一种银催化镁铝层状氢氧化物膜甲酸盐燃料电池由膜电极、阳极板和阴极板组成。其中，膜电极由阴离子交换膜、钯银还原氧化石墨烯阳极催化剂层和银铜阴极催化剂层组成。