[发明专利]具备均相辅助催化的葡萄糖燃料电池

说明书

本发明涉及燃料电池技术，旨在提供一种具备均相辅助催化的葡萄糖燃料电池。该电池中改性葡萄糖燃料制备：取一升质量浓度98％的浓硫酸，在50℃以下加入0.1～1mol的铁氰化钾；搅拌溶解后，再加入1～4升质量浓度30～60wt％的葡萄糖水溶液；混匀使铁氰根配离子被葡萄糖还原，得到含亚铁氰根配离子的改性葡萄糖燃料。与现有技术相比，本发明使用的葡萄糖无毒无害，能量密度高，价格便宜，是十分安全的固体燃料。运输方便、运输效率高。葡萄糖溶液中添加铁氰化钾，形成含均相助催化剂的改性葡萄糖燃料，实现葡萄糖燃料电池的常温发电。亚铁氰化铁价格低廉，有利于减低燃料电池成本。改性燃料久存不变质，在航空航天、电动运载工具、应急电源等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术，特别涉及具备均相辅助催化、以葡萄糖为燃料的燃料电池。是将铁氰化钾溶于葡萄糖硫酸溶液形成含亚铁氰根配离子的均相助催化剂的燃料，实现葡萄糖为燃料通过电化学方法在常温发电的方法。

背景技术

燃料电池是一种直接将储存在燃料中的化学能转变为电能的能量转换装置，由于其无需经过卡诺循环，能量密度和能量转换效率高，是一种新型的绿色能源技术。近几年来，由于燃料电池(Fuel Cell)的技术获得创新突破，再加上环保问题与能源不足等多重压力相继到来，各国政府与汽车、电力、能源等产业渐渐重视燃料电池技术的发展。燃料电池是高效率、低污染、多元化能源的新发电技术。燃料电池使用醇类、天然气、氢气、硼氢化钠、肼等燃料转换成电流，使其能持续产生电力，不需二次电池的充放电程序。充电时，只要再装进燃料即可。燃料电池，简单的说就是一个发电机。燃料电池是火力、水力、核能外第四种发电方法。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是移动式和便携式电源领域最有前景的技术之一。虽然PEMFC技术已经日趋成熟，然而其商品化还面临一个难以解决的问题，即氢的生产和储运。氢的储运主要有两种方式：第一，高压气瓶储氢，缺点在于体积比能量低，对设备要求高，并存在一定的安全隐患；第二，利用重整气给燃料电池进料，这必然使燃料电池系统复杂化，增加成本。人们尝试寻找其它的替代燃料以克服PEMFC的技术障碍，其中以有机小分子居多，如甲醇、甲酸、肼等，但这些液体燃料虽然不存在储运困难的问题，但是有毒，对身体健康造成危害，而且反应活性低且极易使催化剂中毒，造成电池性能的低下。

如甲醇在铂催化剂上的电化学氧化由多个基元反应构成：

其中反应(5)是甲醇电化学氧化的速度控制步骤。直接甲醇燃料电池性能低于氢燃料电池的主要原因之一在于甲醇电化学氧化的中间产物CO吸附在铂的活性位上，难以进一步被氧化。催化剂催化能力决定电极反应速率，而助催化剂是强化催化反应的重要手段。为了加速CO的电化学氧化，通常采用铂和助催化过渡金属形成的合金催化剂，如PtRu。在Ru元素的位置上可形成羟基团(OH)，吸附在铂活性位上的CO在OH的作用下氧化成CO₂和H₂O，从而消除CO的吸附，重新获得铂活性位，但是，反应(5)仍然是甲醇电化学氧化的速度控制步骤，强化氧化铂的还原仍然是提高直接甲醇燃料电池性能的关键因素。

葡萄糖，分子式C₆H₁₂O₆。是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，是一种多羟基醛，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物，即生物的主要供能物质。葡萄糖为固体，比容量可达3.57Ah/g，理论电动势1.22V与氢燃料电池相当，理论能量密度为4.36kWh/Kg，远超现在的锂离子电池。葡萄糖燃料电池发电时的电池反应为：

C₆H₁₂O₆+6O₂＝6CO₂+6H₂O (1)

其中阳极反应为：