CN101322276A - 甲醇燃料电池 - Google Patents

甲醇燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN101322276A
CN101322276A CNA2006800339940A CN200680033994A CN101322276A CN 101322276 A CN101322276 A CN 101322276A CN A2006800339940 A CNA2006800339940 A CN A2006800339940A CN 200680033994 A CN200680033994 A CN 200680033994A CN 101322276 A CN101322276 A CN 101322276A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
fuel cell
tio
anode
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006800339940A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101322276B (zh
Inventor
P·A·克里斯滕森
N·G·赖特
T·A·埃格尔顿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gen-X Power Corp
Original Assignee
Gen-X Power Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gen-X Power Corp filed Critical Gen-X Power Corp
Publication of CN101322276A publication Critical patent/CN101322276A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101322276B publication Critical patent/CN101322276B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8657—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites layered
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8867—Vapour deposition
    • H01M4/8871—Sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1097—Fuel cells applied on a support, e.g. miniature fuel cells deposited on silica supports
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及包含阳极的直接和重整甲醇燃料电池，所述阳极包括半导体层。半导体层被TiO2层覆盖，其中所述半导体层优选为硅或碳化硅。可选地以网格的形式，在所述TiO2层上沉积优选为铂的开口的金属覆层，其中所述开口的金属覆层可选地施加在惰性金属例如金的上方。已经发现，在该部件中在TiO2表面处，在有或无光照射的情况下所产生的活性OH物类消除了对于钌存在的必要性。此外，研究还出乎意料地表明，在TiO2的表面上通过电极施加的电场对于产生效益似乎不是必需的。认为本发明特别适用于微燃料电池。

Description

甲醇燃料电池
技术领域
本发明涉及包含阳极的直接和重整甲醇燃料电池，该阳极包括半导体层。
背景技术
活性氧物类的产生是在直接和重整甲醇燃料电池中发生的过程的必需部分。
在直接甲醇燃料电池(DMFC)中，所发生的总反应是：
Figure A20068003399400041
在阳极处，甲醇接近表面，且被氧化为一氧化碳，一氧化碳被束缚在表面上。接着，该被束缚的一氧化碳与活性氧物类反应，释放出CO2。通常，阳极是金属例如铂，并且由于Ru的存在，会发生活性氧的产生。与没有Ru的情况一样，如果被吸附的CO的氧化速率(很大程度上取决于活性表面氧物类的可用性)比从甲醇的表面反应形成的CO的速率慢，那么阳极就会被所吸附的CO污染。
在间接(重整)甲醇燃料电池(IMFC)中，甲醇被重整以产生作为主要燃料的氢，由此IMFC中的总反应是：
2H2+O2→2H2O
甲醇重整的副产品之一是一氧化碳，其保留在了供给燃料电池的燃料中，由此被吸附到阳极上。通过与在DMFC中相同的反应来去除它。
本发明人之前已经发现，当在硅层上沉积TiO2，并用金网格覆盖它时，在TiO2表面处，在有光照和没有光照的情况下都可产生氧的活性形式OH基。网格是用来跨过TiO2层直接施加电场的。流经该部件的电流(被认为是在TiO2表面处OH的产生速率的量度)显著高于在常规UV照射的TiO2电极处典型地观测到的电流。在2004年9月3日提交的共同待审的申请GB0419629.1(WO2006/024869)中描述了基于此项工作的部件。由在Hashimoto et al.，Electronchem.Comm.，2，(2000)207中所描述的460nm处香豆素的增强荧光提供了羟基的形成的证据。
本发明人已经意识到，在如上所述的部件中产生的活性OH物类可作为替代品用于电化学过程，以促进由钌催化的过程，且因此允许消除钌的必需性。此外，他们的研究出乎意料地表明，在TiO2表面上通过电极施加的电场对于产生效益似乎不是必需的。
发明内容
因此，本发明提供了一种具有阳极的燃料电池，所述阳极包括：
(a)半导体层，其中所述半导体优选为硅或碳化硅，且所述半导体层的厚度为1至1000μm；
(b)所述半导体层上的TiO2层，其中所述TiO2层可以包括其量最高可达到使所述TiO2层为MTiO3的碱土氧化物MO，且所述TiO2层的厚度为5nm至1μm；
(c)开口的金属覆层。
半导体层
半导体层由不具有与TiO2层相同成分的任何半导体构成，优选为硅或碳化硅。虽然碳化硅晶片具有更加有利的与TiO2层的带能对准，但是考虑到成本，通常优选硅。而且，SiC具有化学惰性，可以在一些应用中使用。可以对半导体衬底进行掺杂，使其成为n型半导体。
该层的厚度为1至1000μm。厚度下限可以是10、100、200、300或者甚至500μm。厚度上限可以是900、800或者甚至600μm。硅晶片厚度典型地在10至1000μm的范围内，经常在500至600μm的范围内，例如550μm。
如果晶片为硅晶片，那么它可以具有任何合适的晶向，例如(100)或(111)。对于碳化硅晶片的情况也是如此，例如(0001)。
TiO2层
TiO2层沉积在Si或SiC半导体层上，并且可以包含碱土氧化物(MO)，例如SrO。虽然MO的量可以为关于TiO2以摩尔为单位小于5％，MO的最大量可以是这样的，以使该层为MTiO3。在一些实施例中，优选没有MO存在，即该层只是TiO2。
TiO2层的厚度为5nm至1μm。上限可以是500、300、200或150nm。下限可以是10、50或100nm。优选厚度范围为100至150nm，例如120nm。
TiO2层的制造
可以采用本技术领域中已知的任何合适的技术，例如溅射、电子束蒸发、热蒸发和化学气相沉积，在半导体层上沉积TiO2层。
一种可行的技术是DC磁控溅射(DCMS)或物理气相沉积的改良形式，该技术具有优良的控制性和实验灵活性的优点，且是一种适于大面积、高质量的膜沉积的既定的工业方法。这样的方法可以用来沉积C掺杂或N掺杂的TiO2膜(参见例如Torres，G.R.，et al.，J.Phys.Chem.B，108，5995-6003(2004))。
通常，在沉积之前，使用例如丙酮、异丙醇和软化水对半导体进行清洗，接着进行“RCA”清洗和去氧化，例如在6％HF中处理五分钟或使用离子束蚀刻。
沉积在真空室中发生，且包括在纯真空或有少量氧成分中沉积期望厚度的Ti或TiOX，接着进行氧化以获得TiO2层。如果该层还包括MO，那么最初的沉积是Ti和M例如Sr二者的沉积。还可采用通过本领域中的已知方法对TiO2层的直接沉积。
为了改善该膜，还可在富氧环境中用300℃至1000℃的温度，对TiO2进行高温退火。
开口的金属覆层
开口的金属覆层在TiO2层的上方延伸，同时使一部分TiO2层不被覆盖。
在一个实施例中，覆层是网格，其被优选设置为能够跨过TiO2层施加均匀电场。典型地，没有被网格覆盖的空间占TiO2表面积的40％至60％之间，但是可以低至表面积的30％，或高至表面积的75％。网格线的厚度可以在1至1000μm之间，并且尽管优选网格线之间的间隔与线宽度为同一个量级，但它们彼此之间的间隔可以在1至1000μm之间。优选网格将具有5至10μm之间的线，彼此之间的间隔在5至10μm之间。
下面描述另一个实施例。
可以在TiO2层和金属网格之间使用粘附层，例如1至10nm的Ti层。
开口的金属覆层可以包括铂，且优选为铂，即便该金属覆层可以在惰性金属例如金或其它贵金属的层的上方施加。
可以采用标准技术，包括光刻、湿法化学蚀刻和X射线平版印刷术，在TiO2层上沉积开口的金属覆层。
驱赶空穴
认为将空穴从半导体层驱赶至TiO2层表面的机构可以促使在TiO2层的表面处活性OH物类的产生。实现这一点的一种方法是在半导体层上设置电(欧姆)接触，且使金属覆层相对于此接触负偏置。在半导体层上的欧姆接触可以是本领域中公知的任何一种合适的结构。所施加的最小电压优选为0.01、0.5、1V或2V，所施加的最大电压优选为9V、8V或7V。
驱赶空穴的另一种方法是应用UV或可见光以产生空穴电流。
燃料电池
燃料电池的残余物例如供给阳极的燃料和供给阴极的氧化剂，以及产物的去除可以是常规的。
认为本发明特别适用于微燃料电池。此类燃料电池在如下文章中有描述：Kelly，S.C.，et al.，Electrochemical and Solid-State Letters，3(9)，407-409(2000)；Lee，S.J.，et al.，Journal of Power Sourses，112，410-418(2002)；Hayase，M.，et al.，Electrochemical and Solid State Letters，7(8)，A231-234(2004)；以及Jayashree et al.，Electrochim.Acta，50，(2005)4674-4682。
因此，在本发明的一个实施例中，所述燃料电池是微燃料电池，包括：
(a)半导体层，其中所述半导体是硅或碳化硅，且所述半导体层的厚度为1至1000μm；
(b)所述半导体层上的TiO2层，其中所述TiO2层包括其量最高可达到使所述TiO2层为MTiO3的碱土氧化物MO，并且所述TiO2层厚度为5nm至1μm；
(c)燃料电池层，其包括所述TiO2层上的叉指状电极，其中阴极是与所述TiO2层绝缘的铂或抗甲醇催化剂；以及
(d)对所述燃料电池层提供燃料且去除废物的机构。
此外，还可设置有：
(e)将空穴从所述半导体层驱赶至所述TiO2层的表面的机构。
半导体层、TiO2层和驱赶空穴的机构如上所述。
叉指状电极
叉指状电极包括至少一个阳极和阴极，它们被设置为使得每个电极的指状物从分离的线路朝向另一线路延伸，产生其中阳极和阴极指状物交替的线路设置。图1示例了一种可能的设置，其中10代表阴极线路，20代表阳极线路，以及12和22分别代表阴极和阳极指状物。
电极指状物的厚度可以在1与100μm之间，彼此之间可以间隔1至100μm，并且在一个实施例中，间隔与指状物的宽度是在同一个量级。
在一个实施例中，电极设置将具有厚度在5至10μm之间的指状物，彼此间隔5至10μm。
阳极可以包括铂，而且优选阳极为铂，并具有大的表面积，即粗糙因子在约10至100的范围内，理想地为尽可能高。该阳极是本发明中的开口的金属覆层。优选Pt/TiO2跨线(interline)应该尽可能的长。如果Pt沉积在Au上或其它中间金属上，以形成Pt-Au-TiO2多层，则Pt/Au和Au/TiO2跨线应该尽可能的长。
如本领域已知的，阴极应该是铂或抗甲醇催化剂。如在Christensen等(Christensen，P.A.，et al.，Electrochimica Acta，45，4237(2000))中所述的，实例包括RuSex和RhRu5.9S4.7，且阴极具有大的表面积，即粗糙因子在约10至100的范围内，且优选尽可能大。
阴极必须与下面的TiO2层和阳极网格绝缘。可以采用沉积的绝缘体例如二氧化硅、氮化硅或聚合物电介质(例如聚酰亚胺)来实现使阴极绝缘。
可以采用标准技术，包括光刻和湿法化学蚀刻，在TiO2层上沉积电极。
离子导电膜
作为燃料电池层的一部分，离子导电膜优选位于叉指状电极的指状物之间。离子导电膜在本技术领众所周知，有时称为“聚合物电解质膜”。这种膜可以通过它们的材料来进行分类，即有机或无机/有机合成的。
有机膜的实例包括但不限于基于碳氟化合物、碳氢化合物或芳族聚合物，带或不带侧链的那些，例如具有活性交换基团例如用于阳离子交换的磺酸盐和羧化物以及用于阴离子交换的胺的二乙烯基苯。
特别优选的有机膜包括高氟化树脂、氟代磺酸盐离聚物、更特别地，全氟代磺酸PTFE共聚物和具有胺基交换基团的Fumatech FT-fKE-S。
有机/无机合成膜的实例包括高氟化树脂/磷酸盐、高氟化树脂/氧化硅和高氟化树脂/ZrO2。
优选膜为高氟化树脂，其典型地用于最高达300μm的厚度。
在直接甲醇燃料电池中，阴极处抗甲醇催化剂的使用提供了如下有利机会，即不需要离子导电膜，且使用充氧甲醇溶液的单一供给。
工作条件
本发明的部件不需要光就可起作用，所以可以优选在黑暗中工作。该部件可以在任何合适的温度例如0至300℃和压力下使部件工作。
燃料供给/废物去除
在如下文章中讨论了供给燃料和去除废物的方法：Kelly，S.C.，et al.，Electrochemical and Solid-State Letters，3(9)，407-409(2000)；Lee，S.J.，etal.，Journal of Power Sourses，112，410-418(2002)；以及Hayase，M.，et al.，Electrochemical and Solid State Letters，7(8)，A231-234(2004)。
附图说明
图1示出了可用于本发明的实施例中的叉指状电极。
图2(a)和(b)分别示出了在Pt沉积之前作为本发明的阳极的部件2和3的扫描电子显微照片。
图3示出了使用部件3且以每秒50mV的扫描速度获取的作为相对于Si的Pt上负偏置电势的函数的循环伏安图，其中部件3被浸没在氮喷射的0.5M H2SO4水溶液中。在图3中，1代表0V(没有偏置电压)，2代表2.0V偏置。箭头代表以0.5V电压递增的逐步变化。
图4示出了以下部件的线性扫描伏安图：(i)部件1、(ii)部件2、(iii)具有2.0V偏置的部件3、(iv)部件3和(vi)在包含0.5M H2SO4+0.5MCH3OH的N2脱气的(N2-dearated)电解液中且具有2.0V偏置的部件3；扫描速度1mVs-1，室温(20℃)下。对电极是2.5cm×2.5cm的Pt网格。
图5示出了由本发明的简单结构的燃料电池获得的极化曲线，其中该燃料电池采用作为阳极的部件1、2和3以及氧阴极。该图中的符号代表如下：
■部件1
●部件2，0V
▲部件3，0V
Figure A20068003399400101
部件3，2.0V
具体实施方式
实例
将三种部件制作为阳极，其中两种将体现本发明。
部件1是涂有Pt的9.8cm2的Pt薄片，作为比较实例。
部件2是直径为10.0cm且厚度为500μm的Si晶片的1/4，其为具有1-10Ωcm电阻率的n型(100)衬底，且用1200
Figure A20068003399400102
的TiO2层和1200厚、0.375mm宽及1mm间距的Au网格涂覆，接着用Pt涂覆。用Pt涂覆之前，金的总面积为6.65cm2，且TiO2/Au周长的总长度为218cm。
除了1200
Figure A20068003399400104
厚的Au层用直径为360μm的孔每间隔280μm进行穿孔之外，部件3与部件2相似。用Pt涂覆之前，金的总面积为5.76cm2，且TiO2/Au周长的总长度为432cm。
图2a和2b中分别示出了用Pt涂覆之前部件2和3的SEM照片，其中可明显看出金覆层类型的差异。显微照片上的线条对应于1mm。
部件2和3由约20cm2500μm的n-Si(100)(1-10欧姆-cm)晶片制成，这些晶片在去离子水中冲洗之前，在三氯乙烯(80℃下5分钟)、丙酮(80℃下5分钟)和异丙醇(80℃下5分钟)中仔细清洗。然后，进一步使用标准RCA工序(NH4OH:H2O2:H2O 80℃下5分钟，接着HCl:H2O:H2O 80℃下5分钟)对硅进行清洗。然后，紧接在样品放入真空室之前，在6％HF中对其进行5分钟去氧化。随后，沉积1200厚的钛，接着将样品放到灯加热炉中，以在约900℃下进行90秒的快速氧化。接着，将样品返回真空室，以沉积金(1000
Figure A20068003399400112
的金之前是20
Figure A20068003399400113
的薄Ti粘附层)。
为了制作部件2和3，接着通过在表面上旋涂标准的光致抗蚀剂和通过掩模版用UV光曝光成图形，来构图金网格。在抗蚀剂的硬烘之后，在王水中对金进行蚀刻，以获得期望的网格。
在常规三电极槽(cell)中，在室温下，在相对于银/氯化银(Ag/AgCl)/饱和KCl参考电极的-100mV的稳定电势下，由2mM H2PtCl6和10mMH2SO4的水溶液通过电沉积，用Pt涂覆部件1、2和3上的Pt薄片和金网格。对电极是Pt薄片。
通过测量在0.5M H2SO4(消除双层的电荷)中的相关CV的氢吸附/解吸附峰下的面积，并且假设氢电荷/Pt表面积的转换因子为220μC cm-2(Lin，W.F.，et al.，J.Electroanal.Chem.，364，1(1994))，确定Pt沉积的表面积。发现部件1、2和3中铂的表面积分别为38cm2、141cm2和32cm2。
在室温(20℃)下以1mVs-1的扫描速度，在包含0.5M H2SO4+0.5MCH3OH的N2-脱气的电解液中作出三种部件的线性扫描伏安图。参考电极是银/氯化银(Ag/AgCl)/饱和KCl参考电极，且对电极是2.5cm×2.5cm的Pt筛网。
参见图3，在没有甲醇时，在2.5V偏置下，Pt电极上相对于Si为负的电势的施加看起来仅仅使Pt相对于参考电极的电势位移了最高为约80mV，这是从氢吸附特征中的位移估算得出的。
在甲醇溶液中，首先采用在Pt薄片电极上电沉积的Pt和部件2，在跨过部件没有施加偏置电势时，它和Pt薄片都显示出相对于Ag/AgCl的350mV的起始电势、相对于RHE为约550mV，这可与相对于RHE的560mV的文献值[E.A.Batista，G.R.P.Malpass，A.J.Motheo and T.Iwasita，J.Electroanal.Chem.，571(2004)273]很好地匹敌。然而，在2.0V偏置时，部件2显示出显著降低的相对于Ag/AgCl为210mV的起始值，这是比可以归因于部件的Pt电势的移动的位移显著更大的位移(见图4)。而且，在有和无偏置的情况下，部件都显示出比Pt薄片显著更大的电流密度。
部件3具有两倍于部件2的Pt与TiO2之间的几何边界长度(432cm比218cm)，这反映在不论有没有施加偏置都显著更高的电流密度，以及即使没有偏置，相对于Ag/AgCl为0.3V的起始电势也较低(即与部件在2.0V时观察到的一样)。由此，似乎部件的Pt与Si之间的偏置电势的施加导致Pt电活性的预期提高。
不希望被理论束缚，可能该工作的主要评价是部件3的显著提高的活性，其特征在于，即便在不施加偏置电压的情况下，金属层与TiO2之间的周长也较大。在Pt的电沉积之前，在图4的条件下，部件2和3都显示出Au薄片所没有显示出的对于甲醇氧化的某种活性。
部件1、2和3在简单燃料电池测试实验中用作阳极，其中阳极和氧阴极(在筛网支撑上的Pt颗粒/多孔碳，每cm2加载2.5mg的Pt)都浸入20℃下装有0.5M H2SO4/0.5M CH3OH的烧杯中，向阴极供给400ml min-1的氧气。不将膜用于使阳极与阴极分隔，因此预期阴极将被显著污染，除了所采用的低温外，预期该污染将导致燃料电池的差的性能。然而，在图5中可以看出，使用三个阳极可以从燃料电池提取能量。
部件1的活性不足，不能维持电流密度＞90μAcm-2；然而，即便在Pt覆层上没有施加相对于Si(“0V”)的负偏置，部件2还是显示出显著改善的性能。在0V下，部件3显示出比部件2更好的性能，这有力地支持了上述假设，即部件3的较大活性是由较长周长引起的。在部件3的Pt覆层上的相对于Si的2.0V负偏置的施加再次提高了其性能。

Claims (14)

1.一种具有阳极的燃料电池，所述阳极包括：
(a)半导体层，其中所述半导体层的厚度为1至1000μm；
(b)在所述半导体层上的TiO2层，其中所述TiO2层包括其量最高可达到使所述TiO2层为MTiO3的碱土氧化物MO，并且所述TiO2层的厚度为5nm至1μm；
(c)开口的金属覆层。
2.根据权利要求1的燃料电池，其中所述开口的金属覆层包括铂。
3.根据权利要求2的燃料电池，其中所述铂施加在惰性金属层的上方。
4.根据权利要求3的燃料电池，其中所述惰性金属是金。
5.根据前面权利要求中任何一项的燃料电池，其中所述开口的金属覆层是网格。
6.根据权利要求5的燃料电池，其中未被所述网格覆盖的空间占TiO2的表面积的30％至75％。
7.根据权利要求5或6的燃料电池，其中所述网格线具有1至1000μm的厚度，且彼此之间间隔1至1000μm。
8.根据权利要求5至7中任何一项的燃料电池，其中在所述TiO2层与所述金属网格之间使用粘附层。
9.根据权利要求8的燃料电池，其中所述粘附层是1至10nm的Ti层。
10.根据权利要求1至4中任何一项的燃料电池，其中所述燃料电池是微燃料电池，从而所述开口的金属覆层是阳极，所述阳极形成包括所述TiO2上的叉指状电极的燃料电池层的一部分，其中阴极是与所述TiO2层绝缘的铂或抗甲醇催化剂，此外所述燃料电池还包括用于对所述燃料电池层提供燃料和去除废物的机构。
11.根据权利要求10的燃料电池，其中离子导电膜位于所述叉指状电极的指状物之间。
12.根据权利要求10或11的燃料电池，其中所述阳极和阴极具有10至100的粗糙因子。
13.根据前面权利要求中任何一项的燃料电池，其中所述燃料电池包括将空穴从所述半导体层驱赶至所述TiO2层的表面的机构。
14.根据前面权利要求中任何一项的燃料电池，其中所述半导体层是硅或碳化硅。
CN2006800339940A 2005-07-15 2006-07-14 甲醇燃料电池 Expired - Fee Related CN101322276B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0514581.8 2005-07-15
GBGB0514581.8A GB0514581D0 (en) 2005-07-15 2005-07-15 Methanol fuel cells
PCT/GB2006/002613 WO2007010207A1 (en) 2005-07-15 2006-07-14 Methanol fuel cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101322276A true CN101322276A (zh) 2008-12-10
CN101322276B CN101322276B (zh) 2011-01-12

Family

ID=34897302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800339940A Expired - Fee Related CN101322276B (zh) 2005-07-15 2006-07-14 甲醇燃料电池

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20090104496A1 (zh)
EP (1) EP1929572B1 (zh)
JP (1) JP2009501415A (zh)
CN (1) CN101322276B (zh)
AT (1) ATE467243T1 (zh)
BR (1) BRPI0613049A2 (zh)
CA (1) CA2615483A1 (zh)
DE (1) DE602006014176D1 (zh)
GB (1) GB0514581D0 (zh)
RU (1) RU2008102909A (zh)
WO (1) WO2007010207A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2672253A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-26 Jan Petrus Human Electrical storage device
GB0715225D0 (en) * 2007-08-03 2007-09-12 Rolls Royce Fuel Cell Systems A fuel cell and a method of manufacturing a fuel cell
US8147599B2 (en) 2009-02-17 2012-04-03 Mcalister Technologies, Llc Apparatuses and methods for storing and/or filtering a substance
WO2013025654A2 (en) 2011-08-12 2013-02-21 Mcalister Technologies, Llc Fluid distribution filter having spiral filter media and associated systems and methods
FR2992234B1 (fr) * 2012-06-22 2016-12-09 Centre Nat De La Rech Scient (C N R S) Procede de preparation de nanoparticules de catalyseur pour la reduction cathodique du dioxygene en presence de methanol
US10396418B2 (en) * 2012-12-04 2019-08-27 Massachusetts Institute Of Technology Anaerobic aluminum-water electrochemical cell
US9534296B2 (en) 2013-03-15 2017-01-03 Mcalister Technologies, Llc Methods of manufacture of engineered materials and devices
US20140272640A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Mcalister Technologies, Llc Multifunctional electrochemical devices
US9079489B2 (en) 2013-05-29 2015-07-14 Mcalister Technologies, Llc Methods for fuel tank recycling and net hydrogen fuel and carbon goods production along with associated apparatus and systems

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5395522A (en) * 1993-02-23 1995-03-07 Anatel Corporation Apparatus for removal of organic material from water
US6890677B2 (en) * 1999-05-06 2005-05-10 Sandia Corporation Fuel cell and membrane
JP3622585B2 (ja) * 1999-08-05 2005-02-23 日本板硝子株式会社 光触媒活性を有する物品
CN1205685C (zh) * 1999-11-17 2005-06-08 尼电源系统公司 具有硅基片的燃料电池
US20030096146A1 (en) * 2001-03-30 2003-05-22 Foster Ronald B. Planar substrate-based fuel cell Membrane Electrode Assembly and integrated circuitry
JP2003127540A (ja) * 2001-10-25 2003-05-08 Nitto Denko Corp レーザー光書込材料、その形成材及び表示体
JP2003272660A (ja) * 2002-03-18 2003-09-26 Ngk Insulators Ltd 電気化学素子、電気化学装置、プロトン生成触媒の被毒を抑制する方法および複合触媒
FR2838870B1 (fr) * 2002-04-23 2004-05-28 Commissariat Energie Atomique Element de base de pile a combustible limitant la traversee de l'electrolyte par le methanol
JP4086629B2 (ja) * 2002-11-13 2008-05-14 キヤノン株式会社 光起電力素子
JP2004178855A (ja) * 2002-11-25 2004-06-24 Sharp Corp 燃料電池
GB0419629D0 (en) * 2004-09-03 2004-10-06 Univ Newcastle Electrochemical device
WO2007037392A1 (ja) * 2005-09-29 2007-04-05 Micro Silitron Inc. 燃料電池単位セル、燃料電池単位セルアレイ、燃料電池モジュール及び燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
CA2615483A1 (en) 2007-01-25
US20090104496A1 (en) 2009-04-23
CN101322276B (zh) 2011-01-12
EP1929572B1 (en) 2010-05-05
BRPI0613049A2 (pt) 2010-12-14
EP1929572A1 (en) 2008-06-11
WO2007010207A1 (en) 2007-01-25
ATE467243T1 (de) 2010-05-15
GB0514581D0 (en) 2005-08-24
DE602006014176D1 (de) 2010-06-17
RU2008102909A (ru) 2009-08-20
JP2009501415A (ja) 2009-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101322276B (zh) 甲醇燃料电池
CN113795959B (zh) 自由基清除剂、其制备方法和包含其的膜-电极组件
KR20070027741A (ko) 서브미크론 고체산화물 전해막
US20040185323A1 (en) Monolithic fuel cell structure and method of manufacture
US8026014B2 (en) Solid oxide fuel cell components tuned by atomic layer deposition
KR20070026859A (ko) 서브미크론 고체산화물 전해막의 제조방법
US7700219B2 (en) Structure having three-dimensional network skeleton, method for producing the structure, and fuel cell including the structure
US20060287194A1 (en) Electrode for solid polymer type fuel cell and manufacturing method therefor
JP2009289681A (ja) 燃料電池の洗浄方法
US8518606B2 (en) Catalyst thin layer and method for fabricating the same
US20080314435A1 (en) Nano engineered photo electrode for photoelectrochemical, photovoltaic and sensor applications
KR100917610B1 (ko) 고체산화물 연료전지용 금속연결재의 코팅방법
KR20210064086A (ko) 연료 전지 막 전극 조립체
US7691770B2 (en) Electrode structure and methods of making same
JP2001338653A (ja) 燃料電池用セパレータ
KR101892687B1 (ko) 하이드라진 연료전지용 전극과 이를 포함하는 막 전극 접합체 및 연료전지
JP2006079904A (ja) 高分子電解質型燃料電池およびその製造方法
CN1960043A (zh) 直接液体供给燃料电池
JP5454050B2 (ja) 固体高分子形燃料電池の高分子電解質およびこの製造方法、ならびにこの高分子電解質を含む膜電極接合体およびこの製造方法
KR100735416B1 (ko) 연료전지의 전극
JP4396129B2 (ja) 燃料電池用電極およびこれを用いる燃料電池
KR101492938B1 (ko) 다층 박막형 전극을 포함하는 고체산화물 연료전지 및 이의 제조방법
JP2009081053A (ja) 燃料電池の製造方法
JP2007141776A (ja) 燃料直接形燃料電池用電極の製造方法、該製造方法により得られる燃料直接形燃料電池用電極、燃料直接形燃料電池および電子機器
JP2019133846A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110112

Termination date: 20120714