CN105428662A - 一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法 - Google Patents

一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105428662A
CN105428662A CN201510813044.0A CN201510813044A CN105428662A CN 105428662 A CN105428662 A CN 105428662A CN 201510813044 A CN201510813044 A CN 201510813044A CN 105428662 A CN105428662 A CN 105428662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
iii
hydrazine
fuel cell
solution
1moll
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
CN201510813044.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105428662B (zh
Inventor
易清风
邹涛
阳铮
雷鸣
陈清华
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.)
Quzhou Qufarui New Energy Materials Co ltd
Original Assignee
Hunan University of Science and Technology
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 Hunan University of Science and Technology filed Critical Hunan University of Science and Technology
Priority to CN201510813044.0A priority Critical patent/CN105428662B/zh
Publication of CN105428662A publication Critical patent/CN105428662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105428662B publication Critical patent/CN105428662B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H01M8/083Alkaline fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法,包括以Ag/C作为肼氧化的催化剂,并将Ag/C颗粒与PTFE乳状液粘结剂混合,高温烧结后制备成阳极片;以碳粉为Fe(III)还原的催化剂,并将碳粉颗粒与PTFE乳状液粘结剂混合,高温烧结后制备成阴极片,将阳极片和阴极片置于Nafion膜两边,热压形成膜电极集合体。将该膜电极集合体把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池。所述阳极液为含肼的1mol?L-1?NaOH溶液,阴极液为含Fe(III)的电解质溶液。本发明的肼燃料电池以Fe(III)为氧化剂代替常规的氧气作为氧化剂,电池的开路电位大。电池避免了使用铂或钯等成本高的电极材料,降低了电池生产成本,Fe(III)还原反应的速度快,电池能稳定放电,且其结构简单,维护方便。

Description

一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法
技术领域
本发明属于新能源技术与燃料电池技术领域,具体涉及到一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法。
背景技术
肼是燃料电池的一种理想的燃料,因为它具有很高的理论比能量。此外,肼作为燃料时,它被氧化为氮气,没有任何有毒物质产生。因此,肼燃料电池具有广泛而重要的实际应用价值。目前,肼燃料电池采用的氧化剂主要是氧气(或空气),由此组成肼/氧气(空气)燃料电池,它所对应的阳极和阴极反应为:
阳极反应:
N2H4+4OH→N2+4H2O + 4e (1)
E0 = -1.16V vs SHE
阴极反应:
2O2+4H2O+8e→8OH (2)
E0 = 0.4V vs SHE
因此,这种燃料电池的理论电压达到1.56V。但在实际运行中,由于阳极和阴极催化剂的催化活性有限,导致电池的电压远小于1.56V。
在上述通常的肼/氧气(空气)燃料电池中,作为阴极反应的氧还原反应是一个动力学上的慢反应,即氧还原反应的速度很小,严重限制了整个电池的能量输出。金属铂是氧还原反应最优异的催化剂,但反应的过电位仍很高,且铂是一种资源稀少、价格昂贵的金属,因此铂的大规模实际应用几乎是不可能实现的。虽然目前研究、开发了一些非铂类的氧还原反应电催化剂,但它们的电催化活性和稳定性仍然存在许多问题,离实际应用还存在很长的距离。
铁是地球上资源丰富、资源广泛以及成本低廉的金属,三价的金属铁Fe3+(用Fe(III)表示)是一种容易获取的低成本的铁盐。Fe(III)还是一种稳定、且具有较强氧化性的氧化剂,它还原为Fe2+ (用Fe(II)表示)的反应如下:
Fe3+ + e → Fe2+ (3)
E0 = 0.771V vs SHE
反应(3)可以在很多廉价的催化剂上快速进行,而且反应(3)的电位比反应(2)在高,电池的理论电压高达1.93V。因此,采用Fe(III)为氧化剂与肼组成燃料电池,不仅可以避免通常的肼/氧气(空气)燃料电池的缺陷,而且对于某些特定场合,如空气不足的密封场所,这种燃料电池显然更具有明显的优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池,该电池结构简单,成本低,而且阴极反应速度快。本发明的目的还提供了一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制备方法。
为实现上述目的,本发明的实施方案为:将碳粉负载的银纳米颗粒(Ag/C)粘贴在不锈钢网表面作为阳极片,以碳粉粘贴在不锈钢网表面作为阴极片,分别将阳极片、Nafion117离子交换膜和阴极片热压成型,组成膜电极,阳极液为含肼的1mol L-1 NaOH溶液,其特征在于,阴极液为含氯化铁(FeCl₃)、硫酸铁(Fe₂(SO₄)₃)、硝酸铁(Fe(NO₃)₃)或醋酸铁(Fe(Ac)₃的电解质溶液。
所述电解质溶液为1mol L-1 NaCl溶液,或0.5 mol L-1H2SO4溶液,或1mol L-1HClO4溶液,或1mol L-1 HCl溶液。
本发明还提供一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,包括以下步骤:
(1)称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒,加入无水乙醇超声分散50~70min,超声过程中慢慢滴加聚四氟乙烯乳状液,随后搅拌50~70min,将形成的悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,随后在340℃下烧结1h,用压片机压成所需要的阳极片;
(2)称取碳粉颗粒,加入无水乙醇,超声分散50~70min,超声过程中慢慢滴加聚四氟乙烯乳状液,随后搅拌50~70min,将形成粘稠的悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,随后在340℃下烧结1h,然后用压片机压成所需要的阴极片;
(3)将Nafion117离子交换膜在2.5 % H2O2水溶液中煮沸 0.5 h,然后再在 80℃去离子水中加热处理 1 h,之后再在0.5 M NaOH 溶液中煮沸 1 h,最后再在 80℃去离子水中处理两次,每次 0.5 h,得到钠型化Nafion膜,置于去离子水中保存、备用;
(4)依次将阳极片、钠型化Nafion膜、阴极片叠放在一起,在 65℃、1.0 MPa 压力下热压 2min,冷却后组成膜电极,备用;
(5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池。所述阳极液为含0.01 mol L1 0.1mol L-1肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.1 mol L1 0.6mol L-1Fe(III)的电解质溶液。
步骤(1)中,所述Ag/C颗粒、无水乙醇、聚四氟乙烯乳状液的配比为60~140g:1~4ml:0.03~0.09ml,所述聚四氟乙烯乳状液中PTFE 质量分数为60%。
步骤(2)中,所述碳粉颗粒、无水乙醇、聚四氟乙烯乳状液的配比为200~400mg:4~15mL:0.1~0.35 ml,所述聚四氟乙烯乳状液中PTFE 质量分数为60%。
步骤(5)中,所述阳极液为含0.01~0.1mol L-1肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.1 ~0.6mol L-1Fe(III)的电解质溶液。所述Fe(III)为氯化铁(FeCl₃)、硫酸铁(Fe₂(SO₄)₃)、硝酸铁(Fe(NO₃)₃)或醋酸铁(Fe(Ac)₃,所述电解质溶液为1mol L-1 NaCl溶液,或0.5 mol L-1H2SO4溶液,或1mol L-1HClO4溶液,或1mol L-1 HCl溶液。
本发明采用银/碳粉纳米颗粒为肼氧化的催化剂,以碳粉为Fe(III)还原反应的催化剂,以Nafion117膜为离子隔膜将阳极反应与阴极反应隔开,利用碱性溶液中肼氧化反应(阳极反应)和Fe(III)还原反应(阴极反应)组成一种肼/Fe(III)燃料电池。阴极反应采用的催化剂的成本低、但电催化活性很高,而且作为氧化剂的Fe(III)资源广,避免了使用铂或钯等成本高的电极材料,生产成本低。本发明使用Fe(III)作为氧化剂,大大提高了阳极反应速度,电池能稳定放电,且电池结构简单,维护方便,生产成本大大下降。电池的开路电位大。
附图说明
图1为本发明结构图。
图中,1、阳极液(含不同浓度肼的1mol L-1 NaOH 溶液),2、阳极片,3、离子膜,4、阴极片,5、阴极液(含不同浓度Fe(III)的不同电解质溶液)。
具体实施方式
实施例1:
如图1所示,一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池,包括阳极片2、阴极片4、离子膜3,阳极片2和阴极片4经热压分别附着在离子膜3的两面制成膜电极,阳极片2为碳粉负载的银纳米颗粒(Ag/C)粘贴在不锈钢网表面制成,阴极片4以碳粉粘贴在不锈钢网表面制成,离子膜为Nafion117离子交换膜,阳极液为含肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含氯化铁的电解质溶液。
上述以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池由以下步骤和方法制成:
(1)电池阳极片的制备:称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒60mg,加入1无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.03 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阳极片。
(2)碳粉阴极片的制备:称取碳粉颗粒200 mg,加入4 mL无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.1 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阴极片。
(3)将Nafion117离子交换膜在2.5 % H2O2水溶液中煮沸 0.5 h,然后再在 80℃去离子水中加热处理 1 h,之后再在0.5 M NaOH 溶液中煮沸 1 h,最后再在 80℃去离子水中处理两次,每次0.5 h,得到钠型化Nafion膜,置于去离子水中保存、备用。
(4)依次将阳极片、钠型化Nafion膜、阴极片叠放在一起,在 65℃,1.0 MPa 压力下热压 2min,冷却后组成膜电极,备用。
(5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池,其中阳极液为含0.01 mol L1 肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.1 mol L1 氯化铁的1mol L-1 NaCl溶液。电池的开路电位为0.95 V,最大放电电流密度31 mA cm-2,最大功率密度14 mW cm-2.
实施例2:
一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,具体步骤和方法如下:
(1) 电池阳极片的制备:称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒100mg,加入3无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.06 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阳极片。
(2)碳粉阴极片的制备:称取碳粉颗粒300mg,加入10mL无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.22 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阴极片。
(3)将Nafion117离子交换膜在2.5 % H2O2水溶液中煮沸 0.5 h,然后再在 80℃去离子水中加热处理 1 h,之后再在0.5 M NaOH 溶液中煮沸 1 h,最后再在 80℃去离子水中处理两次,每次 0.5 h,得到钠型化Nafion膜,置于去离子水中保存、备用。
(4)依次将阳极片、钠型化Nafion膜、阴极片叠放在一起,在 65℃,1.0 MPa 压力下热压 2min,冷却后组成膜电极,备用。
(5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池,其中阳极液为含0.05 mol L1 肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.3 mol L-1硫酸铁(Fe₂(SO₄)₃)的1mol L-1 NaCl溶液。电池的开路电位为1.0 V,最大放电电流密度38 mA cm-2,最大功率密度19 mW cm-2.
实施例3:
一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,具体步骤和方法如下:
(1) 电池阳极片的制备:称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒140mg,加入4无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.09 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阳极片。
(2)碳粉阴极片的制备:称取碳粉颗粒 400mg,加入 15mL无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.35 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阴极片。
(3)将Nafion117离子交换膜在2.5 % H2O2水溶液中煮沸 0.5 h,然后再在 80℃去离子水中加热处理 1 h,之后再在0.5 M NaOH 溶液中煮沸 1 h,最后再在 80℃去离子水中处理两次,每次 0.5 h,得到钠型化Nafion膜,置于去离子水中保存、备用。
(4)依次将阳极片、钠型化Nafion膜、阴极片叠放在一起,在 65℃,1.0 MPa 压力下热压 2min,冷却后组成膜电极,备用。
(5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池,其中阳极液为含 0.1mol L-1肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含 0.6mol L-1硝酸铁(Fe(NO₃)₃)的1mol L-1 NaCl溶液。电池开路电位为1.1 V,最大放电电流密度42 mAcm-2,最大功率密度22 mW cm-2.
实施例4:
(1) 电池阳极片的制备:称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒100mg,加入3无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.06 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阳极片。
(2)碳粉阴极片的制备:称取碳粉颗粒300mg,加入10mL无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.22 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阴极片。
(3)将Nafion117离子交换膜在2.5 % H2O2水溶液中煮沸 0.5 h,然后再在 80℃去离子水中加热处理 1 h,之后再在0.5 M NaOH 溶液中煮沸 1 h,最后再在 80℃去离子水中处理两次,每次 0.5 h,得到钠型化Nafion膜,置于去离子水中保存、备用。
(4)依次将阳极片、钠型化Nafion膜、阴极片叠放在一起,在 65℃,1.0 MPa 压力下热压 2min,冷却后组成膜电极,备用。
(5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池,其中阳极液为含0.05 mol L1 肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.3 mol L1 氯化铁的0.5 mol L-1H2SO4溶液。电池的开路电位为0.98 V,最大放电电流密度36 mA cm-2,最大功率密度18 mW cm-2.
实施例5:
一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,具体步骤和方法如下:
(1) 电池阳极片的制备:称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒100mg,加入3无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.06 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阳极片。
(2)碳粉阴极片的制备:称取碳粉颗粒300mg,加入10mL无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.22 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阴极片。
(3)将Nafion117离子交换膜在2.5 % H2O2水溶液中煮沸 0.5 h,然后再在 80℃去离子水中加热处理 1 h,之后再在0.5 M NaOH 溶液中煮沸 1 h,最后再在 80℃去离子水中处理两次,每次 0.5 h,得到钠型化Nafion膜,置于去离子水中保存、备用。
(4)依次将阳极片、钠型化Nafion膜、阴极片叠放在一起,在 65℃,1.0 MPa 压力下热压 2min,冷却后组成膜电极,备用。
(5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池,其中阳极液为含0.05 mol L1 肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.3 mol L1 氯化铁的1mol L-1HClO4溶液。电池的开路电位为1.08 V,最大放电电流密度40 mA cm-2,最大功率密度22 mW cm-2.
实施例6:
一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,具体步骤和方法如下:
(1) 电池阳极片的制备:称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒100mg,加入3无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.06 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阳极片。
(2)碳粉阴极片的制备:称取碳粉颗粒300mg,加入10mL无水乙醇,超声分散1小时,随后搅拌1小时,超声过程中慢慢滴加0.22 ml聚四氟乙烯乳状液(PTFE 质量分数为60%),使催化剂形成粘稠的悬浊液。将悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,以去除PTFE乳液中的表面活性剂,随后在340℃下烧结1h以形成疏水的网络结构。最后用压片机在10MPa下压成所需要的阴极片。
(3)将Nafion117离子交换膜在2.5 % H2O2水溶液中煮沸 0.5 h,然后再在 80℃去离子水中加热处理 1 h,之后再在0.5 M NaOH 溶液中煮沸 1 h,最后再在 80℃去离子水中处理两次,每次 0.5 h,得到钠型化Nafion膜,置于去离子水中保存、备用。
(4)依次将阳极片、钠型化Nafion膜、阴极片叠放在一起,在 65℃,1.0 MPa 压力下热压 2min,冷却后组成膜电极,备用。
(5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池,其中阳极液为含0.05 mol L1 肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.3 mol L-1醋酸铁(Fe(Ac)₃的1mol L-1 HCl溶液。电池的开路电位为0.99 V,最大放电电流密度37 mA cm-2,最大功率密度18 mW cm-2

Claims (7)

1.一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池,将碳粉负载的银纳米颗粒(Ag/C)粘贴在不锈钢网表面作为阳极片,以碳粉粘贴在不锈钢网表面作为阴极片,分别将阳极片、Nafion117离子交换膜和阴极片热压成型,组成膜电极,阳极液为含肼的1mol L-1 NaOH溶液,其特征在于,阴极液为含氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或醋酸铁的电解质溶液。
2.根据权利要求1所述的以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池,其特征在于,所述电解质溶液为1mol L-1 NaCl溶液,或0.5 mol L-1H2SO4溶液,或1mol L-1HClO4溶液,或1mol L-1 HCl溶液。
3.一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)称取银负载量为20%(wt%)的Ag/C颗粒,加入无水乙醇超声分散50~70min,超声过程中慢慢滴加聚四氟乙烯乳状液,随后搅拌50~70min,将形成的悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,随后在340℃下烧结1h,用压片机压成所需要的阳极片;
(2)称取碳粉颗粒,加入无水乙醇,超声分散50~70min,超声过程中慢慢滴加聚四氟乙烯乳状液,随后搅拌50~70min,将形成粘稠的悬浊液均匀涂抹在不锈钢网的两个表面上,将电极在氮气氛围下240℃烘30min,随后在340℃下烧结1h,然后用压片机压成所需要的阴极片;
(3)将Nafion117离子交换膜在2.5 % H2O2水溶液中煮沸 0.5 h,然后再在 80℃去离子水中加热处理 1 h,之后再在0.5 M NaOH 溶液中煮沸 1 h,最后再在 80℃去离子水中处理两次,每次 0.5 h,得到钠型化Nafion膜,置于去离子水中保存、备用;
(4)依次将阳极片、钠型化Nafion膜、阴极片叠放在一起,在 65℃、1.0 MPa 压力下热压 2min,冷却后组成膜电极,备用;
(5)利用上述膜电极把阳极液和阴极液分隔开,组成肼/Fe(III)燃料电池;所述阳极液为含0.01 mol L1 0.1mol L-1肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.1 mol L1 0.6mol L-1Fe(III)的电解质溶液。
4.根据权利要求3所述的以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,其特征在于,步骤(1)中,所述Ag/C颗粒、无水乙醇、聚四氟乙烯乳状液的配比为60~140g:1~4ml:0.03~0.09ml,所述聚四氟乙烯乳状液中PTFE 质量分数为60%。
5.根据权利要求3所述的以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,其特征在于,步骤(2)中,所述碳粉颗粒、无水乙醇、聚四氟乙烯乳状液的配比为200~400mg:4~15mL:0.1~0.35 ml,所述聚四氟乙烯乳状液中PTFE 质量分数为60%。
6.根据权利要求3所述的以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,其特征在于,步骤(5)中,所述阳极液为含0.01~0.1mol L-1肼的1mol L-1 NaOH溶液,阴极液为含0.1 ~0.6mol L-1Fe(III)的电解质溶液。
7.根据权利要求3或6所述的以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池的制造方法,其特征在于,所述Fe(III)为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或醋酸铁,所述电解质溶液为1mol L-1 NaCl溶液,或0.5 mol L-1H2SO4溶液,或1mol L-1HClO4溶液,或1mol L-1 HCl溶液。
CN201510813044.0A 2015-11-23 2015-11-23 一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法 Active CN105428662B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510813044.0A CN105428662B (zh) 2015-11-23 2015-11-23 一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510813044.0A CN105428662B (zh) 2015-11-23 2015-11-23 一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105428662A true CN105428662A (zh) 2016-03-23
CN105428662B CN105428662B (zh) 2018-03-16

Family

ID=55506704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510813044.0A Active CN105428662B (zh) 2015-11-23 2015-11-23 一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105428662B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518263A (zh) * 2019-08-22 2019-11-29 浙江大学 硫酸钒均相辅助催化的直接肼燃料电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101276925A (zh) * 2008-04-30 2008-10-01 浙江大学 直接式硼氢化钠-肼混合燃料电池
CN101339998A (zh) * 2008-08-12 2009-01-07 浙江大学 以二茂铁为阴极催化剂的氢燃料电池
CN103730669A (zh) * 2014-01-10 2014-04-16 湖南科技大学 一种无膜的直接肼燃料电池及其制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101276925A (zh) * 2008-04-30 2008-10-01 浙江大学 直接式硼氢化钠-肼混合燃料电池
CN101339998A (zh) * 2008-08-12 2009-01-07 浙江大学 以二茂铁为阴极催化剂的氢燃料电池
CN103730669A (zh) * 2014-01-10 2014-04-16 湖南科技大学 一种无膜的直接肼燃料电池及其制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QINGFENG YI等: "Pd-modified TiO2 electrode for electrochemical oxidation of hydrazine, formaldehyde and glucose", 《THIN SOLID FILMS》 *
易清风等: "新型钛基银电极上硼氢化钠的电化学氧化", 《化工学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518263A (zh) * 2019-08-22 2019-11-29 浙江大学 硫酸钒均相辅助催化的直接肼燃料电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN105428662B (zh) 2018-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102408081B1 (ko) 이산화탄소계 산화 환원 커플을 가진 산화 환원 흐름 배터리
CN105420748B (zh) 一种基于三电极体系的两步法电解水制氢的方法及装置
CN105734600B (zh) 一种三电极体系双电解槽两步法电解水制氢的装置及方法
CN101683613B (zh) 一种空气电极用催化剂及用其制作的空气电极及空气电极的制作方法
CN105688909B (zh) 一种银/金属氧化物多孔材料、其制备方法和应用
Narayan et al. Bi-functional oxygen electrodes–challenges and prospects
CN111244470B (zh) 一种纳米复合阴极及其制备和应用
US9145614B2 (en) Membrane reactor
CN102916209B (zh) 一种无膜的直接醇燃料电池及其制造方法
CN103730669B (zh) 一种无膜的直接肼燃料电池及其制造方法
CN105140552B (zh) 一种醇/Fe(III)液流燃料电池及其制造方法
Li et al. Advanced Architectures of Air Electrodes in Zinc–Air Batteries and Hydrogen Fuel Cells
CN104659379A (zh) 纳米铁锰复合氧化物负载的气体扩散电极及其制备与应用
Zhang et al. A review of the Al-gas batteries and perspectives for a “Real” Al-air battery
Chen et al. A low-cost neutral aqueous redox flow battery with dendrite-free tin Anode
CN107069046A (zh) 一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池
Kube et al. Influence of organic additives for zinc-air batteries on cathode stability and performance
CN106532195B (zh) 一种亚铁离子/空气电池及其制备方法
CN105428662A (zh) 一种以Fe(III)为氧化剂的肼燃料电池及其制造方法
CN104600328A (zh) 一种促进质子传导和气体传输的电化学还原co2制甲酸的气体扩散电极的制备方法
CN109994744B (zh) 一种促进硼氢化钠直接氧化的镍钴二元催化剂
US9118082B2 (en) Oxygen-consuming electrode and process for the production thereof
JP6214863B2 (ja) 酸素消費電極およびその製造方法
JP2016033257A (ja) 水蒸気電解用セル
CN105322190B (zh) 一种利用植物提取液原位合成高稳定性三维h2o2电还原催化电极的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230420

Address after: No. 56 Yezhi Road, Quzhou City, Zhejiang Province, 324000

Patentee after: Quzhou Qufarui New Energy Materials Co.,Ltd.

Address before: 411201 Taoyuan Road Hunan University of Science and Technology, Yuhu District, Xiangtan City, Hunan Province

Patentee before: HUNAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY