一种基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池，属于液体储氢以及液体燃料电池技术领域，使用含有钯元素的阳极催化剂对富氢有机液体进行催化，使得富氢有机液体发生氧化产生氢质子与电子来进行发电，所述阳极催化剂的存在形式为

【技术实现步骤摘要】
一种基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池


[0001]本专利技术涉及液体储氢以及液体燃料电池
，具体涉及一种基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池
。

技术介绍

[0002]随着化石能源储量的日益减少和碳排放量的日益增加，寻找化石能源的替代者迫在眉睫
。
氢能作为呼声最高的绿色能源之一，迎来了蓬勃发展的机遇
。
如何实现氢能合理高效利用，在当前经济形势下具有非常重要的现实意义
。
氢气燃烧时放出的热量多，放出的热量约为同质量汽油的3倍
、
酒精的
3.9
倍
、
焦炭的
4.5
倍
。
并且，其燃烧过程中的产物是水，可以实现二氧化碳零排放，有利于缓解能源危机和环境污染的问题，但氢气存在一定的危险性：易泄漏性
、
易燃性
、
易爆性等，阻碍了氢气的大规模应用
。
[0003]有机液体储氢技术，简称
LOHC
，原理是将烯烃
、
炔烃
、
碳环类芳烃
、
具有共轭结构的杂环化合物，在催化剂作用下与氢气发生可逆反应，一方面贫氢的有机液体可以和氢气反应，将氢气储存在有机液体中，另一方面富氢的有机液体可以通过化学反应释放出氢气，并得到贫氢的有机液体供循环使用
。
采用有机液体储氢技术本质上是将高风险的危险化学品氢气运输转变成了普通化学品运输，极大的增加了氢气运输过程中的安全性，有助于推广氢气的大规模使用
。
[0004]但是目前
LOHC
的常规脱氢反应中存在脱氢速度慢
、
反应温度高
、
催化剂失活
、
副反应等问题，阻碍了有机液体储氢技术的大规模应用
。
常规的热化学脱氢一般需要大量的热量输入，例如，通常脱氢的温度高达
270℃
左右，来满足脱氢催化剂的反应
。
因此，带来了相对较大的能量损失，经济型有所欠缺
。
此外，对于用氢端来说，经过热化学脱氢后产生的氢气还需要经过弛放，干燥等工序采用供给用氢端使用，导致氢气利用过程复杂，使用成本急剧增加
。
[0005]有研究者提出直接液态有机氢载体燃料电池，简称
DLFC
，即利用富氢有机载体在阳极氧化这一原理制备出直接有机液体燃料电池发电，从而降低放氢反应所需要的温度，同时提高整体的能量利用率，例如
2012
年程寒松等专利技术人的专利申请即公开了
DLFC
的相关专利，授权公告号为
CN102800878B
和
CN102800877B
的两件关于直接燃料电池储能供能系统，其中的
DLFC
使用的有机液体多为多元混合不饱和杂环芳烃，这种有机液体的成分复杂，且一般需要通过低温共融技术，让有机液体以液态的形式，进入燃料电池装置中进行工作，在这个过程中，存在电聚合等副反应多
、
电化学反应动力学差，功率密度很低等问题
。
[0006]在以单一有机液体功能的燃料电池中，例如专利
CN111834640A
披露的以环己烷为燃料，温度到达
80℃
，采用三元过渡金属催化剂，单电池的功率密度仅为
5mW/cm2，其功率有待提高
。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供一种基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池，能够达
到较高的功率密度
。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池，使用含有钯元素的阳极催化剂对富氢有机液体进行催化，使得富氢有机液体发生氧化产生氢质子与电子来进行发电；所述阳极催化剂的存在形式为
PdXC
，其中
X
为
Ru、Pt
和
Ag
的其中一种，
PdX
与
C
的质量比为
0.25
‑
1.5
：1，
Pd
与
X
的质量比在
0.25
‑4：
1。
[0009]进一步的，所述富氢有机液体为氮杂环有机化合物，所述氮杂环有机化合物的分子式中
N
原子的个数为1‑2，所述氮杂环有机化合物的纯度
≥99.5%。
[0010]富氢有机液体在常温下即
20℃
呈液态
。
[0011]本专利技术提供的富氢有机液体纯度高，杂质少不容易发生副反应影响脱氢效率和毒化催化剂
。
[0012]进一步的，所述富氢有机液体为
N
‑
乙基吲哚
、N
‑
甲基吲哚
、
吡嗪
、2
，3‑ꢀ
二甲基吡嗪
、2
，5‑
二甲基吡嗪
、2
‑
甲基吡嗪
、
哒嗪或环戊并吡嗪的全氢化物或部分氢化物
。
[0013]进一步的，所述直接有机液体燃料电池采用
PEMFC
结构，所述
PEMFC
结构包括阳极极板
、
阳极气体扩散层
、
阳极催化剂层
、
质子交换膜
、
阴极极板
、
阴极气体扩散层
、
阴极催化剂层
。
[0014]进一步的，阳极催化剂涂覆于所述阳极催化剂层上
。
[0015]进一步的，阳极催化剂在所述阳极催化剂层上的使用量为
0.1
‑
5mg/cm2。
[0016]进一步的，所述阴极催化剂层内涂覆有阴极催化剂，所述阴极催化剂的存在形式为
PtC
，其中
Pt
与
C
的质量比在
0.25
‑
1.5:1。
[0017]进一步的，所述阴极催化剂在所述阴极催化剂层上的使用量为
0.05
‑
2mg/cm2。
[0018]进一步的，所述质子交换膜采用全氟磺酸质子交换膜
。
[0019]进一步的，所述质子交换膜的厚度为
100
‑
190
μ
m。
[0020]本专利技术的有益效果如下：本专利技术的创新之处在于使用含有钯元素的阳极催化剂对富氢有机液体进行催化，含有钯元素的阳极催化剂不仅成本低
、
具有较好的抗毒化能力，使得阳极催化剂的脱氢性能相较于
技术介绍
中的
Pt
基催化剂的脱氢性能更好，且针对于富氢有机液体中质子的脱出以及较高的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池，其特征在于，使用含有钯元素的阳极催化剂对富氢有机液体进行催化，使得富氢有机液体发生氧化产生氢质子与电子来进行发电；所述阳极催化剂的存在形式为
PdXC
，其中
X
为
Ru、Pt
和
Ag
的其中一种，
PdX
与
C
的质量比为
0.25
‑
1.5
：1，
Pd
与
X
的质量比在
0.25
‑4：
1。2.
如权利要求1所述的基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池，其特征在于，所述富氢有机液体为氮杂环有机化合物，所述氮杂环有机化合物的分子式中
N
原子的个数为1‑2，所述氮杂环有机化合物的纯度
≥99.5%。3.
如权利要求2所述的基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池，其特征在于，所述富氢有机液体为
N
‑
乙基吲哚
、N
‑
甲基吲哚
、
吡嗪
、2
，3‑ꢀ
二甲基吡嗪
、2
，5‑
二甲基吡嗪
、2
‑
甲基吡嗪
、
哒嗪或环戊并吡嗪的全氢化物或部分氢化物
。4.
如权利要求1所述的基于液体储氢材料的直接有机液体燃料电池，其特征在于，所述直接有机液体燃料电池采用
PEMFC
结构，所述
PEMFC
结构包括阳极极板（7）
、
阳极气体扩散层（8）
、
阳极催化剂层（9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王翊骁，巩颖波，王斌，
申请(专利权)人：陕西氢易能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：