[发明专利]一种高选择性催化燃料电池及应用

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种高选择性催化燃料电池及应用。高选择性催化燃料电池包括电池主体、氧化电极、还原电极、设置在氧化电极和还原电极之间的质子交换膜、电路系统，质子交换膜将电池主体分隔为氧化腔室和还原腔室，氧化电极设置在氧化腔室中，还原电极设置在还原腔室中，氧化腔室用于接收含能剂且氧化电极催化含能剂发生氧化反应，还原腔室用于接收氧化剂且还原电极催化所述氧化剂发生还原反应，氧化电极产生的电子经电路系统传递到还原电极，含能剂和氧化剂分别直接泵入氧化腔室和还原腔室中，含能剂直接和氧化电极接触，含能剂被氧化电极催化产生的氢离子直接经过质子交换膜直接进入到还原腔室中，能很好的提高催化效率。

【技术领域】

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种高选择性催化燃料电池及应用。

【背景技术】

燃料电池是利用燃料与氧气反应生成水，将化学能转化为电能，是一种能量转化率高、可靠性强的发电装置。燃料电池由可传导质子的膜、分别布置在膜两侧的电极、分布在两侧膜电极单元背面的气体扩散层构成。在燃料电池工作过程中，燃料、尤其是氢气H₂或者含氢气的混合气被导向阳极，在阳极进行H₂向H⁺的电化学式的氧化以释放出电子。通过电解质或者可传导质子的膜进行质子H⁺从阳极室向阴极室的输送。在阳极制备的电子通过电路导向阴极。氧气或者含氧的混合气被导向阴极，以便通过吸收电子从O₂到O^2-的还原。同时在阴极室该氧离子与通过膜输送的质子反应生成水。

然而，目前的燃料电池技术，虽然相比于锂电池和蓄电池体积和重量大幅度减少，但仍不能满足未来应用对电源轻量型、微小型、高功率的要求，因此，急需开发新型燃料电池技术，以扩展其应用。

【发明内容】

为克服目前燃料电池体积到功率低的缺陷，本发明提供一种高选择性催化燃料电池及应用。

本发明为了解决上述技术问题，提供一技术方案如下：一种高选择性催化燃料电池，所述高选择性催化燃料电池包括电池主体、氧化电极、还原电极、设置在所述氧化电极和还原电极之间的质子交换膜以及电路系统，所述质子交换膜将所述电池主体分隔为氧化腔室和还原腔室，所述氧化电极设置在所述氧化腔室中，所述还原电极设置在所述还原腔室中，所述氧化腔室用于接收含能剂且所述氧化电极催化所述含能剂发生氧化反应，所述还原腔室用于接收氧化剂且所述还原电极催化所述氧化剂发生还原反应，所述氧化电极产生的电子经电路系统传递到所述还原电极。

优选地，所述氧化电极为金属纳米颗粒制成或者由高选择性氧化酶与石墨烯薄膜复合而成的薄膜。

优选地，所述氧化电极包括的金属纳米颗粒包括铂、钯和金中的任一种，所述高选择性氧化酶包括葡萄糖氧化酶和琥珀酸脱氢酶中的任一种。

优选地，所述还原电极由过渡金属材料制成或者由金属合金化合物纳米颗粒与石墨烯薄膜复合而成的薄膜。

优选地，形成所述还原电极的过渡金属材料包括Fe、Co、Ni、Cu和Mn中的任一种，所述金属合金包括铂、镍、铜中的任一种和所述过渡金属中的任一种形成的金属合金化合物。

优选地，所述过渡金属化合物纳米颗粒包括PtCu、NiCu、FeCu中的任一种。

优选地，所述高选择性催化燃料电池还包括含能剂供给系统和氧化剂供给系统，所述含能剂供给系统用于将含能剂直接供入到所述氧化腔室中，所述氧化剂供给系统用于将氧化剂直接供入到所述还原腔室中。

优选地，所述高选择性催化燃料电池还包括浓度检测系统，所述浓度检测系统用于检测所述氧化腔室和所述还原腔室中的含能剂和氧化剂的浓度，所述含能剂供给系统和氧化剂供给系统根据浓度检测系统检测的浓度值调控供给速率。