[发明专利]一种应用CuO-NiNPs/碳布可塑电极构建的构建淀粉燃料电池

说明书

本发明涉及一种应用CuO‑NiNPs/碳布可塑电极构建的构建淀粉燃料电池，属于燃料电池领域。主要技术方案为一种应用CuO‑NiNPs/碳布可塑电极构建的构建淀粉燃料电池，将CuO‑NiNPs/碳布阳极与阴极通过导线连接，插入淀粉溶液中，自发反应氧化淀粉，实现生物质能向电能转化，阳极产生的电子通过导线传递到阴极上，将氧气还原成氢氧根离子，实现电能的存储。本发明在碳布基底上原位合成CuO‑NiNPs，得到三维立体结构，大大提高了催化剂的表面积，使淀粉与催化剂接触面积大，氧化的淀粉速率快，单位时间内提供更多的功，能最大限度发挥CuO‑NiNPs的催化活性。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种应用CuO-NiNPs/碳布可塑电极构建的构建淀粉燃料电池。

背景技术

淀粉燃料电池电池是一种使淀粉水溶液直接在燃料电池阳极上氧化产生电能的一种电化学转化装置。与作为燃料电池的氢气相比较，淀粉燃料电池具有如下优点：①淀粉的能量密度远远高于一般压力的氢气；②淀粉在通常条件下多为固态，便于储存、运输和携带，无须像氢气一样进行加压和使用高性能的耐高压容器；③淀粉来源丰高，基于这些优点，淀粉燃料电池受到了全球科学界的广泛关注和研究。然而，淀粉燃料电池也存在许多困难和挑战。由于淀粉的阳极氧化比氢气要困难许多，加上淀粉氧化的中间体对催化剂具有强烈的毒化作用等原因，目前的淀粉燃料电池不得不大量使用贵金属铂作为催化剂；除此之外，淀粉燃料电池也存在电极密度低、使用寿命短等问题，使得淀粉燃料电池的发展和商业化也面临着极大的挑战。事实上，开发高活性、高抗毒性的淀粉燃料电池阳极催化材料已成为淀粉燃料电池实现低成本商业化的关键之所在。用于淀粉燃料电池阳极催化最为有效的催化剂仍然是铂，随着铂纳米颗粒的不断减小及纳米结构的不断创新和优化，催化剂的活性不断提高，铂的使用量不断降低，已从早期的每平方厘米数十毫克降低到了目前的数毫克的水平，但是这一用量仍然远远高于目前氢氧燃料电池的阳极铂使用量(0.1mg/cm²)，因此，探索具有新组成和结构的纳米催化材料，有效降低阳极金属铂的使用量或不使用铂已成为淀粉燃料电池阳极催化材料的重要研究方向。铂纳米粒子用于淀粉电氧化催化剂时，难以抵御CO类中间体的毒化作用，因此，开发高活性、高抗毒性非铂合金催化剂是目前的最佳选择。

发明内容

本发明目的是开发一种非酶燃料电池阳极，结合纳米材料的优势，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极，提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。本发明以碳布为基底，并在基地上利用电化学沉积法沉积纳米镍-氧化铜颗粒，制备出纳米镍-氧化铜电极。以CuO-NiNPs/碳布电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于以氢氧化钾溶液为电解质的淀粉溶液为燃料组合构建成为该燃料电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种应用CuO-NiNPs/碳布可塑电极构建的构建淀粉燃料电池，将CuO-NiNPs/碳布阳极与阴极通过导线连接，插入淀粉溶液中，自发反应氧化淀粉，实现生物质能向电能转化，阳极产生的电子通过导线传递到阴极上，将氧气还原成氢氧根离子，实现电能的存储；

所述支持电解质含1mol/LKOH，pH为14。

所述CuO-NiNPs/碳布电极包括：碳布为基底和导电层，纳米镍-氧化铜颗粒为电化学沉积层，所述纳米镍-氧化铜颗粒沉积在碳布上。

本发明的有益效果：本发明利用碳布良好的导电性，制得一种对淀粉具有高灵敏度的电极，且该电极在淀粉为基液时，具有催化效果好、灵敏度高、选择性好、结构稳定等优点。碳布是碳纤维丝机织而成，碳纤维具有耐高温、导电、耐腐蚀等特性。碳布导电性好，做基底时可以减少接触电阻，提高燃料电池功率。碳布基底上原位合成CuO-NiNPs，得到是三维立体结构，大大提高了催化剂的表面积，使淀粉与催化剂接触面积大，氧化的淀粉速率快，单位时间内提供更多的功，能最大限度发挥CuO-NiNPs的催化活性。

附图说明

图1为基于碳布的纳米镍-氧化铜复合电极表面形貌图。