CN102136590A - 一种基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池。在阳极集电板和阴极集电板的内侧分别设有一块密封垫圈，两密封垫圈之间设有膜电极，膜电极位于阴极集电板一侧设有阴极气体扩散层，膜电极位于阳极集电板一侧设有阳极扩散层，阳极集电板外侧设有端板，阳极集电板和端板之间设有储液腔，阳极集电板与储液腔之间以及储液腔与端板之间都设有密封垫圈；该电池以甲酸为燃料，由喷涂有催化剂的质子交换膜作为膜电极，直接采用空气电极，结构简单，拆卸方便，减少了电池重量、并有效收集反应热，较为密闭的体系减少了甲酸的挥发，可采用不同的催化剂来满足设备对电源不同的放电需求。

Description

一种基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别是涉及一种基于空气阴极微型直接甲酸燃料电池及其阳极催化剂。

背景技术

伴随着个人便携式用电设备如手机、笔记本电脑、个人数字设备(PDA)等大量新型电子产品不断进入人们的生活，人们开始对电源的要求迅速提高，常用的一次和二次电池已无法满足人们的需求。而燃料电池作为一种能直接将化学能转化为电能的装置，较普通电池具有高效、环保、启动迅速、质量比能量高等显著优点。因此，研究和开发基于燃料电池的新型电源具有重要的意义。目前的研究主要致力于质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)。按照有关资料公布的2008年调查报告显示：2008年全球生产的便携式设备用燃料电池中，质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池分别占70％和24％。但是，以上两类电池均存在着一定的问题。

PEMFC的主要问题是氢的存储及携带的安全性，以及气态的氢气体积能源密度低(仅为39.1Wh/L)。尽管已经开发出新型的储氢材料代替常用的高压气瓶储氢，常用的储氢材料主要是稀土系、镁系、钛系。但普遍存在吸放氢条件苛刻、储氢量少等缺点。例如MgH₂储氢量仅为7.6％(质量百分数)，吸放氢温度达到280～320℃。LaNi₅合金储氢量仅为1.4％(质量百分数)，TiFe和TiMn合金的储氢量也只有2.0％(质量百分数)。上述难题限制着PEMFC的发展。

使用液体燃料的直接醇类燃料电池备受关注，DMFC以液体甲醇为燃料，其理论体积能量密度高(约为4900Wh/L)，且相比PEMFC而言在燃料的安全性方面有着突出的优点。但是甲醇的电氧化活性远不及H₂，同时甲醇能透过质子交换膜(PEM)，且有较高的透过率，大大降低甲醇的利用率，透过PEM的甲醇会在阴极氧化形成混合电位，降低电池性能，40％的燃料因甲醇渗透而被浪费。为保证良好的电池性能只能使用低浓度的甲醇作为燃料(通常为1M～2M)，使用过程中无疑需频繁更换燃料，使DMFC的续航能力差，降低了DMFC工作效率。

甲醇阳极氧化的副产物CO对催化剂的毒化也一直未能得到很好的解决。当然甲醇所固有的挥发性、毒性和易燃性也是DMFC商业化必须考虑的问题。据报道，甲醇对人的致死量为75ml(约60g)，属“中等毒”范围，误入人眼会造成永久性失明。同样是鉴于安全方面的考虑，东芝公司原定2009年4月量产的封装在手机和笔记本电脑的DMFC被迫推迟上市时间。甲醇的诸多不足，大大限制着DMFC商业化进程。

鉴于以上PEMFC和DMFC的不足，人们开始寻求新型的可替代甲醇的燃料，目前研究的有甲酸、乙醇、乙二醇、丙醇、2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、二甲醚、二甲氧基甲烷、三甲氧基甲烷等。而甲酸成为首选，直接甲酸燃料电池(DFAFC)且被认为最有可能率先实现商业化的燃料电池。甲酸在室温下为液体，不易燃，存储和运输安全。低浓度的甲酸被美国食品和药品管理部门列为安全的食品添加剂。在比较了各类型直接液体燃料电池燃料(DLFC)安全性后，人们总结出了直接甲酸燃料电池的四大优点：一是甲酸较甲醇更容易被氧化；二是甲酸可燃性低，比甲醇更安全；三是甲酸的环境毒性更低；四是甲酸的膜穿透率远远低于甲醇。由于甲酸在溶液中形成的HCOO^-与PEM表面磺酸基团的排斥作用，甲酸对PEM的穿透率极低。单纯膜条件下大约为甲醇的1/100，在单电池测试条件下，综合考虑催化剂等因素影响，甲酸的膜透过率也仅为甲醇的1/6。由于甲酸较低的膜穿透率，因此DFAFC对甲酸浓度适应范围广，采用20M甲酸为燃料时电池也能正常工作，使用10M甲酸时电池工作效率最佳。另外，甲酸作为一种酸性电解质，有利于提高阳极室的质子电导率，降低电池内阻。甲酸在催化剂表面有较高的电化学活性，理论开路电压1.48V，较甲醇的1.21V和氢气的1.23V均高。选择合适的催化剂采用脱氢的直接路径机理时，不产生CO中间体，不存在着催化剂中毒问题。

目前针对DFAFC主要的研究方向包括：阳极催化剂、阴极催化剂、小型电池、测试用电池等。常见的阳极催化剂制备采用NaBH₄还原，普遍存在着催化剂颗粒度大，团聚现象严重等问题。而小型电池由于采用的电极板材料及主动供料需附加设备等问题，普遍存在着甲酸腐蚀、加工难度大、不易携带等问题，这些都将直接影响到电池的宿命和实用型。

Craig M.Miesse、Won Suk Jung等人(Journal of Power Sources 162(2006)532-540)报道了一款用于供笔记本电脑电源的直接甲酸燃料电池电堆，说明使用甲酸替代燃料的可行性，表现出较高的放电功率密度，280ml 50％的甲酸能供笔记本电脑持续工作2.5h。但是由于电极板采用的是石墨板，该材料易碎、加工难度大、受压能力有限，同时整个电池需要外加附属设备供应燃料及氧，势必将影响到整个电池的效率及实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用甲酸为燃料，自呼吸的空气为氧化剂，效率高，使用便利的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，包括储液腔、密封垫圈、阳极集电板、阴极集电板、阴极气体扩散层、阳极扩散层、膜电极和端板；在阳极集电板和阴极集电板的内侧分别设有一块密封垫圈，两密封垫圈之间设有膜电极，膜电极位于阴极集电板一侧设有阴极气体扩散层，膜电极位于阳极集电板一侧设有阳极扩散层，阳极集电板外侧设有端板，阳极集电板和端板之间设有储液腔，阳极集电板与储液腔之间以及储液腔与端板之间都设有密封垫圈；储液腔、密封垫圈、阳极集电板、阴极集电板和端板的边缘均匀设有多个用于固定的圆孔；所述阳极集电板在中央设有多个甲酸及二氧化碳流通的通道，该通道区域组成阳极集电板的集电部分，用于供甲酸进入及气体产物排出阳极扩散层；阴极集电板在中央设有多个空气及水流通的通道，该通道区域组成阴极集电板集电部分，用于供空气进入及产物水排出阴极气体扩散层；所述储备腔和密封垫圈为方形，中央设有开口；在储备腔顶端中央开有燃料及气体通道，供燃料注入及反应气体释出；所述膜电极7包括质子交换膜以及喷涂于质子交换膜两表面的催化剂；膜电极7包括质子交换膜以及喷涂于质子交换膜两表面的催化剂；位于阳极侧的催化剂为阳极催化剂，阳极催化剂使用Pd的重量百分比为20～50％的Pd/C、PdPt/C或Pt/C催化剂；位于阴极侧的催化剂为阴极催化剂，阴极使用Pt的重量百分比为20～40％的Pt/C催化剂；阳极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²，阴极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²。

为进一步实现本发明目的，所述储液腔和密封垫圈的开口的大小与阳极集电板的集电部分、阴极集电板的集电部分、阴极气体扩散层、膜电极、阳极扩散层的大小一致。

所述储液腔采用有机玻璃板或PTFE材质。

所述阳极集电板和阴极集电板采用环氧玻璃纤维材质印刷电路板。

所述阴极气体扩散层为憎水性碳纸；

所述阳极扩散层为亲水性碳纸。

所述阳极集电板和阴极集电板中央开设的通道为方形、三角形或圆形；圆形通道的横截面圆的直径孔径为0.5～3mm。

阳极催化剂的制备方法包括如下步骤：

(1)金属前躯体加入浓盐酸中超声溶解，然后加入乙二醇，得组分A；所述的金属前躯体为PdCl₂和/或H₂PtCl₆·6H₂O；所述金属前躯体与乙二醇的质量体积比为4-6mg∶1ml；浓盐酸的质量浓度为36％-38％；

(2)按质量体积比为100-200mg∶15ml，将导电炭黑加入乙二醇中超声分散得组分B；

(3)络合剂加入乙二醇中溶解得组分C；所述的络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸和/或EDTA；所述的金属粒子与络合剂的摩尔比为1∶10～1∶2；

(4)将组分C加入到组分B中得组分D；组分C和组分B的体积比为1∶1-2；

(5)将组分A逐滴加入到组分D中得组分E；组分A和组分D的体积比为1∶2-3；

(6)组分E超声分散5h-8h，搅拌过夜后，用试剂F调节组分E的pH值为8～11，倒入聚四氟乙烯高压反应釜中，100～160℃高温反应4～12小时；待冷却至室温后，用试剂G调节pH值为4～8，二次水洗涤过滤至检测无Cl^-止，60-80℃真空干燥过夜，制得Pd/C、PdPt/C或Pt/C催化剂；所述试剂F为5％～20％质量浓度的KOH乙二醇溶液；所述试剂G为5％～20％质量浓度的稀HNO₃水溶液。

步骤(1)的超声溶解以及步骤(2)步骤(6)的超声分散中的的超声波功率为150W，超声频率为40KHz。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

(1)装置易拆卸、可据需要组装成单池或双池

该装置通过在各主要部件的八个圆孔由紧固螺丝固定，可保证各部件结合紧密。只需拆卸螺丝就可实现主要部件的重复利用。同时可根据需要将端板换成另一单电池，两单电池共用一个储液槽，并两单电池可串联或并联供电。

(2)采用易加工、隔热性能良好的材料加工制作集电板和储液腔

集电板采用环氧玻璃纤维材质印刷电路板，储液腔采用有机玻璃板，上述材料均易加工、隔热性能良好。良好的隔热性能能有效汇聚反应中产生的热量，达到加热电池甲酸燃料、提高电池性能的作用。

(3)采用防腐印刷电路板为集电板

与印刷电路板为基础制成的集电板表面经镀薄层金属(包括金、铂、银)，能有效克服常见电路板表面覆铜易被甲酸腐蚀的缺点，同时由于所镀金属的强导电性，能有效减小电池内阻。同时良好的抗甲酸腐蚀性能实现电池的持久耐用，电极板的重复再利用。

(4)阴极为空气自呼吸电极

阴极采用自呼吸式吸空电极，空气直接透过阴极气体扩散层均分到阴极催化层，因此无需采用任何其它附属设备为电池供氧，大大简化电池结构。

(5)阳极采用亲水性扩散层，阴极采用憎水性扩散层

阳极采用亲水性的扩散层有利于燃料甲酸及水的传输，保证甲酸的供应及质子交换膜的含水量；而阴极采用憎水性的扩散层有利于空气的对流进入到阴极催化层及生成水的排出。

(6)采用自制多类催化剂

采用有机溶胶法制备Pd/C或PdPt/C或Pt/C催化剂，所制备的催化剂性能良好。通过在Pd/C催化剂中引入其它金属如Pt，能有效促进催化剂的稳定性、抗毒性，进而提高电池稳定放电性能。

(7)制备了低金属载量膜电极

制备了低金属载量的膜电极作为本发明装置的膜电极。其中阳极使用自制Pd/C或PdPt/C或Pt/C催化剂；阴极使用Pt的重量百分比为商业Johnson Matthey的20～40％Pt/C催化剂。膜电极制备方法是采用直接喷涂法，详细制备过程可参见中国专利ZL200610035275.4所述。应用直接喷涂法能使催化剂分布均匀，有效降低了贵金属的载量。阴极和阳极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²。直接喷涂法制备低金属载量膜电极的应用，能有效降低电池内阻和制作成本，有利于电池整体性能的提高。

附图说明

图1为本发明基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池装置的结构示意图；

图2为实施例1催化剂Pd/C的TEM图；

图3为实施例1、实施例2、实施例3催化剂在0.5MH₂SO₄+0.5MHCOOH溶液中循环伏安图；

图4为实施例4、实施例5、实施例6和实施例7电池放电性能曲线图；

图5为实施例4、实施例8和实施例9电池放电性能曲线图；

图6为实施例4、实施例8和实施例9电池恒电流放电性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种微型直接甲酸燃料电池，包括储液腔1、密封垫圈2、阳极集电板3、阴极集电板4、阴极气体扩散层5、阳极扩散层6、膜电极7和端板8。在阳极集电板3和阴极集电板4的内侧分别设有一块密封垫圈2，两密封垫圈2之间设有膜电极7，膜电极7位于阴极集电板4一侧设有阴极气体扩散层5，膜电极7位于阳极集电板3一侧设有阳极扩散层6，阳极集电板3外侧设有端板8，阳极集电板3和端板8之间设有储液腔1，阳极集电板3与储液腔1之间以及储液腔1与端板8之间都设有密封垫圈2。储液腔1、密封垫圈2、阳极集电板3、阴极集电板4和端板8的边缘均匀设有多个用于固定的圆孔9，优选设有八个固定孔9；阳极集电板3在中央设有多个甲酸及二氧化碳流通的通道12，该通道区域组成阳极集电板3的集电部分，用于供甲酸进入及气体产物排出阳极扩散层6；阴极集电板4在中央设有多个空气及水流通的通道11，该通道区域组成阴极集电板4集电部分，用于供空气进入及产物水排出阴极气体扩散层5；阳极集电板3和阴极集电板4中央开设的通道为方形、三角形或圆形，圆形通道的横截面圆的直径孔径优选为0.5～3mm。储备腔1和密封垫圈2为方形，中央设有开口；在储备腔1顶端中央开有燃料及气体通道10(优选用圆孔)，供燃料注入及反应气体释出；膜电极7包括质子交换膜以及喷涂于质子交换膜两表面的催化剂；位于阳极侧的催化剂为阳极催化剂，阳极催化剂使用Pd的重量百分比为20～50％的Pd/C、PdPt/C或Pt/C催化剂；位于阴极侧的催化剂为阴极催化剂，阴极使用Pt的重量百分比为20～40％的商业Johnson Matthey 40％Pt/C催化剂；阳极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²，阴极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²。储液腔1和密封垫圈2的开口的大小与阳极集电板3的集电部分、阴极集电板4的集电部分、阴极气体扩散层5、膜电极7、阳极扩散层6的大小一致。密封垫圈2可选用正方形，如边长4cm，厚0.17mm，内部开口(挖空部分)大小为边长2.1cm的正方形，开口部分厚0.17mm；为使电池各部件紧固并防止甲酸泄漏，主要部件间加胶质垫圈，并四周开八圆孔用于螺丝固定，即密封垫圈2分别置于阳极集电板3与阴极集电板4的内侧、阳极集电板3与储液腔1之间以及储液腔1与端板8之间，起密封作用。

为避免甲酸腐蚀部件并减少电池重量，储液腔1采用有机玻璃板材质；阳极集电板3和阴极集电板4采用环氧玻璃纤维材质印刷电路板并在表面有防腐层。防腐层为金、铂和银中的一种或多种制成，制备方法包括电镀或化学镀，防腐层厚度为0.2～5um。

阴极气体扩散层5为憎水性碳纸；阳极扩散层6为亲水性碳纸。

安装时，将多颗螺丝(优选八颗)分别穿过端板8，然后依次套上密封垫圈2、储液腔1、第二个密封垫圈2、阳极集电板3、第三个密封垫圈2，再将阳极扩散层6置于膜电极7的阳极表面，将阴极气体扩散层5置于膜电极7阴极表面上，在阴极集电板4与阴极气体扩散层5之间以及阳极集电板3与阳极扩散层6之间套上密封垫圈2，最后套上紧固螺丝螺帽，将螺丝旋紧固定，使各部件紧密结合。

电池工作时，燃料甲酸经由圆孔10注入储液腔1，通过阳极扩散层6进入膜电极7阳极催化层；氧气经由孔11通过自呼吸方式直接从空气中吸收，通过阴极气体扩散层5进入膜电极7阴极催化层，质子从膜电极7阳极催化层经由膜电极7质子交换膜进入膜电极7阴极催化层。电子经由外接电路导出，外接电路主要是通过将导线锡焊在集电板导电部分一角，两导线分别接上外载及电流表，同时并联方式接上电压表，供测试用，电流经连接在集电板上导线导出供测试。燃料甲酸可为使用医用10ml注射器往储液腔1内注入燃料，连接电路后电池就可工作并供测试使用。

实施例1

催化剂制备方法，包括如下步骤：

(1)称取83.4mg金属前躯体PdCl₂，加入0.2ml浓盐酸(质量浓度36％)，超声溶解后加入到盛15ml乙二醇的烧瓶中，超声波的功率为150W，频率为40KHz，得组分A；

(2)200mg XC-72R(美国Cabot公司生产的导电炭黑，代号为：Vulcan XC-72R)加入到盛10ml乙二醇的50ml烧瓶中，超声分散得组分B；超声波的功率为150W，频率为40KHz。

(3)按柠檬酸钠与金属前驱体摩尔比为7.5∶1称取柠檬酸钠1035mg加入到盛15ml乙二醇的50ml烧杯中溶解得组分C；

(4)将组分C逐滴加入到组分B中得组分D；

(5)将组分A逐滴加入到组分D中得组分E。

(6)将组份E超声5-8h小时，超声波的功率为150W，频率为40KHz，搅拌过夜后，采用重量浓度为5％的KOH乙二醇溶液调节pH值约为8～11，而后将烧瓶中浆料倒入聚四氟乙烯内胆，再将内胆置于高压反应釜中并拧紧，再将反应釜置于电热炉中，设置温度130℃反应6小时。待冷却至室温后，用质量浓度为10％稀硝酸调节pH值约为4，二次水洗涤过滤，至采用质量浓度为5％AgNO₃溶液检测滤液无白色沉淀出现，说明无Cl^-，而后70℃真空干燥过夜。所制催化剂标记为Pd/C，结构表征、性能测试、活性及甲酸氧化循环伏安分别在0.5MH₂SO₄溶液、0.5MH₂SO₄+0.5MHCOOH溶液中测试，扫数50mV/s，电压扫描范围-0.2V～1.0V。5mg催化剂均匀分散在1ml 5％(质量浓度)Nafion中，取5ul浆液涂于直径为5mm的玻碳电极表面，待自然风干作后为工作电极；饱和Ag/AgCl电极作为参比电极；银丝作为辅助电极。图2为采用日本JEOL JEM-2010HR电镜对该催化剂进行的结构表征，显示所制备的催化剂TEM图，表明催化剂分布较均匀，颗粒度在4～5nm。

实施例2

类似实施例1中Pd/C制备，有以下不同：组分A中所用金属前躯体H₂PtCl₆·6H₂O130mg，所制催化剂标记为Pt/C。

实施例3

类似实施例1中Pd/C制备，有以下不同：组分A所用金属前躯体H₂PtCl₆·6H₂O 80mg、PdCl₂30mg，所制催化剂标记为PdPt/C。图3显示出不同催化剂对甲酸的催化性能。

实施例4

材料准备和部件

所示膜电极，其质子交换膜选用Nafion212膜，单个电极的面积为2cm×2cm，阳极采用实施例1中Pd/C催化剂，阴极采用Johnson Matthey 40％Pt/C催化剂，阴阳极催化剂金属载量均为1.0mg/cm²，Nafion占催化层总质量20％；储液腔采用有机玻璃板材质外，边长4cm，内部边长为2.1cm，容量为3.2ml，厚度为8mm；未经PTFE处理的亲水性碳纸和PTFE含量为25％的憎水性碳纸分别作为阳极和阴极的扩散层；阴阳两极集电板均为环氧玻璃纤维材质印刷电路板，面积为4cm×4cm，内部中央导电部分面积为2cm×2cm，中央开孔形为小圆形孔，12*12个直径为1mm小圆孔均匀分布在导电部分，开孔率为28.26％，电路板导电部分电镀金，厚度为2.5um；用两导线分别连接阴阳极集电板作为电池的正极和负极，以供电流导出；密封垫圈为厚度为0.16-0.2mm的硅胶圈，其外边长4cm，内部边长为2.1cm；采用不锈钢螺丝紧固各部件。

电池组装及测试

按照上面具体实施方式中详细说明的步骤，将准备的材料和部件组装起来。与测试装置连接后，使用医用10ml注射器从储液腔边孔注入3.2ml 5MHCOOH，先在搁置状态下稳定2后测试电池开路电位下交流阻抗；再采用恒阻放电模式测试其放电性能，设置外阻为1ohm～1000ohm，选定若干个阻值下放电1min，后搁置1min。仪器每隔2s记录电流和电压一次，1min内所得放电电流和电压平均值即为该阻值下放电电流和电压，1min内搁置时电压平均值即为该阻值放电后电池开路电压；而后更换3.2ml新鲜的5MHCOOH溶液采用恒流放电模式，设置恒定电流为20mA，记录放电电压，至电池电压小于0.005V时停止放电。

实施例5

类似实施例4，不同之处在于：阴阳两极集电板中央开孔形为大圆形孔，6*6个直径为2mm孔均匀分布在导电部分，开孔率为28.26％。

实施例6

类似实施例4，不同之处在于：阴阳两极集电板中央开孔形为正方形孔，6*6个边长为2mm正方形孔均匀分布在导电部分，开孔率为36％。

实施例7

类似实施例4，不同之处在于：阴阳两极集电板中央开孔形为正三角形孔，6*6个边长为2mm正三角形孔均匀分布在导电部分，开孔率为18.19％。

图4显示实施例4、实施例5、实施例6、实施例7采用不同中央开孔孔形集电板时电池性能。不同集电板的差异在于孔形、开孔率及集电接触面积。以上三因素会通过影响电池放电时电流收集效果、接触内阻大小、燃料供应通道数目等来影响到电池性能。测试结果表明采用三角形集电板效果略好。

实施例8

类似实施例4，不同之处在于：阳极催化剂采用的是实施例2制备的Pt/C。

实施例9

类似实施例4，不同之处在于：阳极催化剂采用的是实施例3制备的PdPt/C。

图5表明采用自制的三类催化剂均有较好的电池放电性能。图6显示不同催化剂长时间恒定电流放电情况。采用Pd/C催化剂短时间能达到较好的放电性能，表明Pd/C对甲酸较好的催化活性，但其稳定性较差。由于催化剂中毒、燃料被消耗而浓度下降、阴极积水等原因，造成电池电压随着电池放电时间推迟而逐步下降，其中与Pd/C下降速率最为明显。采用Pt/C催化剂能维持长时间较高电压稳定放电，而采用PdPt/C催化剂维持恒流放电电压较小，但持续时间最长。因此认为可采用不同催化剂满足对电池不同的放电需求。

Claims (9)

1.一种基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于包括储液腔、密封垫圈、阳极集电板、阴极集电板、阴极气体扩散层、阳极扩散层、膜电极和端板；在阳极集电板和阴极集电板的内侧分别设有一块密封垫圈，两密封垫圈之间设有膜电极，膜电极位于阴极集电板一侧设有阴极气体扩散层，膜电极位于阳极集电板一侧设有阳极扩散层，阳极集电板外侧设有端板，阳极集电板和端板之间设有储液腔，阳极集电板与储液腔之间以及储液腔与端板之间都设有密封垫圈；储液腔、密封垫圈、阳极集电板、阴极集电板和端板的边缘均匀设有多个用于固定的圆孔；所述阳极集电板在中央设有多个甲酸及二氧化碳流通的通道，该通道区域组成阳极集电板的集电部分，用于供甲酸进入及气体产物排出阳极扩散层；阴极集电板在中央设有多个空气及水流通的通道，该通道区域组成阴极集电板集电部分，用于供空气进入及产物水排出阴极气体扩散层；所述储备腔和密封垫圈为方形，中央设有开口；在储备腔顶端中央开有燃料及气体通道，供燃料注入及反应气体释出；所述膜电极7包括质子交换膜以及喷涂于质子交换膜两表面的催化剂；膜电极7包括质子交换膜以及喷涂于质子交换膜两表面的催化剂；位于阳极侧的催化剂为阳极催化剂，阳极催化剂使用Pd的重量百分比为20～50％的Pd/C、PdPt/C或Pt/C催化剂；位于阴极侧的催化剂为阴极催化剂，阴极使用Pt的重量百分比为20～40％的Pt/C催化剂；阳极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²，阴极催化剂金属载量为0.5～2mg/cm²。

2.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述储液腔和密封垫圈的开口的大小与阳极集电板的集电部分、阴极集电板的集电部分、阴极气体扩散层、膜电极、阳极扩散层的大小一致。

3.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述储液腔采用有机玻璃板或PTFE材质。

4.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳极集电板和阴极集电板采用环氧玻璃纤维材质印刷电路板。

5.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阴极气体扩散层为憎水性碳纸；

6.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳极扩散层为亲水性碳纸。

7.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳极集电板和阴极集电板中央开设的通道为方形、三角形或圆形；圆形通道的横截面圆的直径孔径为0.5～3mm。

8.根据权利要求1所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，所述阳极催化剂的制备方法包括如下步骤：

(1)金属前躯体加入浓盐酸中超声溶解，然后加入乙二醇，得组分A；所述的金属前躯体为PdCl₂和/或H₂PtCl₆·6H₂O；所述金属前躯体与乙二醇的质量体积比为4-6mg∶1ml；浓盐酸的质量浓度为36％-38％；

(2)按质量体积比为100-200mg∶15ml，将导电炭黑加入乙二醇中超声分散得组分B；

(3)络合剂加入乙二醇中溶解得组分C；所述的络合剂为柠檬酸钠、柠檬酸和/或EDTA；所述的金属粒子与络合剂的摩尔比为1∶10～1∶2；

(4)将组分C加入到组分B中得组分D；组分C和组分B的体积比为1∶1-2；

(5)将组分A逐滴加入到组分D中得组分E；组分A和组分D的体积比为1∶2-3；

(6)组分E超声分散5h-8h，搅拌过夜后，用试剂F调节组分E的pH值为8～11，倒入聚四氟乙烯高压反应釜中，100～160℃高温反应4～12小时；待冷却至室温后，用试剂G调节pH值为4～8，二次水洗涤过滤至检测无Cl^-止，60-80℃真空干燥过夜，制得Pd/C、PdPt/C或Pt/C催化剂；所述试剂F为5％～20％质量浓度的KOH乙二醇溶液；所述试剂G为5％～20％质量浓度的稀HNO₃水溶液。

9.根据权利要求8所述的基于空气阴极的微型直接甲酸燃料电池，其特征在于，步骤(1)的超声溶解以及步骤(2)步骤(6)的超声分散中的的超声波功率为150W，超声频率为40KHz。

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