本发明专利技术涉及燃料电池领域，旨在提供一种利用导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂的直接液体燃料电池。该电池包括以泡沫镍作为基体的负极和以经憎水处理的碳纸或碳布作为基体的正极，所述负极是将导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂、水、浓度为５ｗｔ％的全氟磺酸基树脂溶液和无水乙醇混合调制成浆料，涂覆到泡沫镍上后自然晾干。本发明专利技术具有的有益效果是：通过导电聚合物可以提高电极电导率，降低电极阻抗，提高电极活性，提高电池的发电性能；合成的导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂是非铂催化剂，其成本低廉，有利于燃料电池技术的普及。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池领域，具体地说，是一种利用导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合 催化剂的直接液体燃料电池。
技术介绍
采用质子交换膜为电解质的直接液体燃料电池(DLFC)，无需经过卡诺循环，直接将储 存在液体燃料中的化学能转变为电能，是一种新型的绿色能源技术。DLFC除了具有其他燃 料电池所共有的能量转换效率高、低排放、无污染和无噪音等优点，另外还具有独到的优势 常温使甩、结构简单、燃料携带补给方便、体积和重量比能量密度高和红外信号弱。尤其适 合作小型可移动及便携式电源，在国防、通讯、电动车等方面有极佳的潜在应用前景。其中 DLFC的液体燃料包括碱性硼氢化钠溶液，肼溶液，甲醇溶液，乙醇溶液，甲酸溶液等， 本专利技术涉及的液体燃料主要是碱性硼氢化钠溶液和碱性肼溶液。通常低温燃料电池都需要以贵金属材料为催化剂。为降低催化剂的成本，主要从以下两 个方面展开工作a.提高铂的利用率，降低其担载量；b.寻找新的价格较低的非贵金属催 化剂。为了降低电极铂用量，通常电极采用高比表面炭为载体制备高分散的铂/炭催化剂， 以增加销的表面积，提高铂的利用率。对非贵金属催化剂的研究主要集中在含过渡金属氧化 物、含过渡金属的大环化合物和过渡金属等，其中，Mn02和Ag虽然具有较好的催化活性，但 是与铂相比还是具有一定的差距(Liu等，Journal of Power Sources, 2007, 164: 100; Feng 等，Electrochemistry Communication 2005， 7: 449);另外氮化物、硫化物、硼化物以 及硅化物等用作低温燃料电池催化剂也有报道，但这些催化剂的性能比较差，研究也比较少。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术中的不足，提供一种利用导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴 复合催化剂的直接液体燃料电池。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为-提供一种利用导电聚合物修饰碳载氢氧化钴复合催化剂的燃料电池，包括以泡沫镍作为基体的负极和以经憎水处理的碳纸或碳布作为基体的正极，所述负极通过以下方式制得将导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂、水、浓度为5 wt。/。的全氟磺酸基树脂溶液和无 水乙醇按照1:3:7:3 1:6:7:6的质量比例混合调制成桨料，涂覆到泡沫镍上，自然晾干即 可；所述导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂通过以下步骤制得 (1)导电聚合物修饰的碳载体的制备将碳材料分散到水、甲醇或者氯仿中配成悬浊液，其质量比为1: 10 30;加入冰乙酸 或者盐酸调节pH值为1 4，室温搅拌10 30 min;按与碳材料的质量比为1:4 1:5加入 吡咯或噻吩搅拌5 10 min，然后加入浓度为3 30 wt. %的仏02或者FeCl3水溶液20 50 ml, 作为聚合反应的引发剂，室温搅拌3 10h;产物用温去离子水洗涤，真空千燥后制得导电 聚合物修饰的碳载体；(2)导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂的制备取前述导电聚合物修饰的碳载体与去离子水配成悬浊液加入三颈烧瓶，其中碳载体与去 离子水的质量比为1:15 1:25;再加入钴盐溶液，其中碳载体与钴盐的质量比为1:0.2 1:1，搅拌回流加热至70 90 。C;缓慢加入浓度为0.5 M的碱性硼氢化钠溶液20 ml作为 还原剂，剧烈搅拌30 60 min后，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空70 90 °。干 燥6 12 h后制得导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂。作为一种改进，所述钴盐为下述中的任意一种无机钴盐硝酸钴、氯化钴、硫酸钴， 或有机钴盐草酸钴、醋酸钴。作为一种改进，所述正极通过以下方式制得将导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂、水、浓度为IO wtM的聚四氟乙烯乳液和无水乙醇按照1:3:7:3 1:6:7:6的质量比例 混合调制成浆料涂覆在经憎水处理后的碳布或碳纸上，350 'C烘1 2 h后，自然冷却至室 温即可；所述的导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂的担载量为0.5 15 mg cnT2。作为一种改进，所述作为正极基体的经憎水处理的碳纸或碳布的制备过程如下将碳纸 或者碳布浸没在10 wt.%聚四氟乙烯乳液中，浸渍2 4min后，用滤纸吸干残余的聚四氟 乙烯乳液，将基体放入马弗炉中350 'C煅烧1 2 h，自然冷却至室温即可。作为一种改进，该燃料电池以碱性硼氢化钠水溶液为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，以 全氟磺酸基树脂为电解质，燃料电池的工作温度范围为室温至摄氏80 'C;所述碱性硼氢化 钠水溶液中含有2. 5 20化％的NaBH4和5 20 wt.。/。的NaOH，余量为水。作为一种改进，该燃料电池以NA的Na0H溶液为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，以全 氟磺酸基树脂膜为电解质，燃料电池的工作温度范围为室温至摄氏80 °C;所述N2H4的NaOH 溶液中含有2. 5 20 wt.%的NA和5 20 wt.%的NaOH，余量为水。本专利技术具有的有益效果是(1) 通过导电聚合物可以提高电极电导率，降低电极阻抗，提高电极活性，提高电池 的发电性能。(2) 合成的导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂是非铂催化剂，其成本低廉， 有利于燃料电池技术的普及。附图说明图1为使用聚吡咯修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂为阳极和阴极催化剂的直接硼氢化钠燃料电池在室温下的性能示意图(燃料5 wt.% NaBH4, 10 wt.% NaOH,标况下，催化剂 担载量0. 5 mg cm—2);图2为使用聚吡咯修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂为阳极和阴极催化剂的直接硼氢化 钠燃料电池在60 r下的性能示意图(燃料5 wt.% NaBH4， 10 wt.% NaOH,标况下，催化 剂担载量0.5 mg cm—2);图3为用聚吡咯修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂为阳极和阴极催化剂的直接肼燃料电 池在室温下的性能示意图(燃料15wt.%N2H4, 10 wt.% NaOH,标况下，催化剂担载量 15 mg crrf";图4为用聚吡咯修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂为阳极和阴极催化剂的直接肼燃料电 池在60 。C下的性能示意图(燃料15 wt.% N2H4, 10 wt.% NaOH,标况下，催化剂担载量 15 mg cm—2);图5为用聚噻吩修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂为阳极和阴极催化剂的直接肼燃料电 池在室温和60 'C下的的性能示意图(燃料15 wt.% N2H4， 10 wt.% NaOH，标况下，催化 剂担载量10 mg cm—2)。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术进一步详细描述 实施例1:将10克碳材料加入100 ml甲醇配成悬浊液，加入2 g冰乙酸室温搅拌20 min，调整 到pH值为1. 0。再加入2. 5 g吡咯单体搅拌7 min，之后加入30 ml 3wt. % FeCl3水溶液作 为聚合反应的引发剂，室温搅拌3 h。产物用温去离子水洗涤，真空90 'C干燥12 h,得到 聚吡咯含量为20 wtJ的聚吡咯修饰的碳材料。实施例2:将10克碳材料加入300 ml水配成悬浊液，加入5 g冰乙酸室温搅拌20 min，调整到 pH值为3. 0。再加入2 g吡咯单体搅拌5 min，之后加入10 ml 30wt. % HA作为聚合反本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用导电聚合物修饰碳载氢氧化钴复合催化剂的燃料电池，包括以泡沫镍作为基体的负极和以经憎水处理的碳纸或碳布作为基体的正极，其特征在于，所述负极通过以下方式制得：将导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂、水、浓度为５ｗｔ％的全氟磺酸基树脂溶液和无水乙醇按照１∶３∶７∶３～１∶６∶７∶６的质量比例混合调制成浆料，涂覆到泡沫镍上，自然晾干即可；所述导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂通过以下步骤制得： （１）导电聚合物修饰的碳载体的制备 将碳材料分散到水、甲醇或者氯 仿中配成悬浊液，其质量比为１∶１０～３０；加入冰乙酸或者盐酸调节ｐＨ值为１～４，室温搅拌１０～３０ｍｉｎ；按与碳材料的质量比为１∶４～１∶５加入吡咯或噻吩搅拌５～１０ｍｉｎ，然后加入浓度为３～３０ｗｔ．％的Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］或者ＦｅＣｌ↓［３］水溶液２０～５０ｍｌ，作为聚合反应的引发剂，室温搅拌３～１０ｈ；产物用温去离子水洗涤，真空干燥后制得导电聚合物修饰的碳载体； （２）导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂的制备 取前述导电聚合物修饰的碳载体与去离子水配成悬 浊液加入三颈烧瓶，其中碳载体与去离子水的质量比为１∶１５～１∶２５；再加入钴盐溶液，其中碳载体与钴盐的质量比为１∶０．２～１∶１，搅拌回流加热至７０～９０℃；缓慢加入浓度为０．５Ｍ的碱性硼氢化钠溶液２０ｍｌ作为还原剂，剧烈搅拌３０～６０ｍｉｎ后，自然冷却；用去离子水洗涤过滤后，真空７０～９０℃干燥６～１２ｈ后制得导电聚合物修饰的碳载氢氧化钴复合催化剂。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李洲鹏，秦海英，劳绍江，郭岩锋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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