CN106898497A - 双功能电极及其制备方法和应用 - Google Patents
双功能电极及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106898497A CN106898497A CN201510963958.5A CN201510963958A CN106898497A CN 106898497 A CN106898497 A CN 106898497A CN 201510963958 A CN201510963958 A CN 201510963958A CN 106898497 A CN106898497 A CN 106898497A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- acid
- bifunctional electrodes
- conducting polymer
- capacitor layers
- electrode
- 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.)
- Pending
Links
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 claims description 24
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 24
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 20
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 17
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 14
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 13
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 12
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 10
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical group [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 claims description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N pyrene Chemical compound C1=CC=C2C=CC3=CC=CC4=CC=C1C2=C43 BBEAQIROQSPTKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 3
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N Carbazole Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 claims description 2
- 150000001545 azulenes Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 claims description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 2
- GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N fluoranthrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=C22)=C3C2=CC=CC3=C1 GVEPBJHOBDJJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229920001088 polycarbazole Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 2
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 abstract description 2
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 229910002849 PtRu Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002837 PtCo Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- 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
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
一种双功能电极，包括基底层和附着于所述基底层上的电容层和催化层；所述电容层设置于所述基底层和所述催化层之间。催化层中催化剂的载量为0.05-5mg/cm2，电容层中电容材料的载量为0.1-50mg/cm2。所述催化层中含有电催化剂和粘结剂；所述粘结剂质量占粘结剂和催化剂总质量的5％-50％。与现有技术相比，采用本发明所述电极组装的电池在不工作时，可以把活性物质的电荷储存在电极的电容材料中，在通路时，迅速把电荷释放出来，可以大电流脉冲放电；电容层的厚度可控，可通过控制电容层的厚度来控制脉冲电流的大小；电容层可同时具有微孔层的作用，是反应物分配更平衡；纯电池工作模式下，电容层可以改善电池的动态稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种双功能电极，具体的来说在此种电极上能发生电极反应并同时储存电荷，以此电极组装电池能够自充电并且大电流脉冲放电。
本发明还涉及上述双功能电极的制备方法。
背景技术
随着民用的可穿戴电子设备、电动汽车和军用的大功率激光武器等的发展，单一电源难以满足需求，可长时间稳定放电和瞬时大电流放电的复合电源将成为发展趋势。目前应用较多的是电池和超级电容器的外部复合，即通过外部电路的控制，使电池和超级电容器可协同工作以满足要求，但是外部复合增加金属导线和模块界面，从而增加电阻，降低性能，同时会增加装置的重量、体积和价格；而电池和超级电容器内部复合(即单一电极可同时进行电化学反应并储存电荷)不存在这些问题，是目前的研究热点。
专利(CN102576613A)中设计了用于车辆推进的燃料电池/超级电容器/电池电力系统，此系统采用外部复合，电路设计较复杂，增加了装置的重量，降低了装置的性能。文献(International Journal of Hydrogen Energy，2010,35,11254-11260)中向直接甲醇燃料电池的电极中加入二氧化钌，利用二氧化钌的电容性能提高电池的动态稳定性，由于二氧化钌的电导较小，电容层中二氧化钌用量较小，存储的电荷较少，不能达到超级电容器的工作要求，故不能作为复合电极使用。
发明内容
本发明的目的在于制备一种双功能电极，此种双功能电极可催化电极反应的同时储存电能，需要时把储存的电能短时间释放出出来，达到瞬间大电流放电的目的。
为实现上述发明内容，本发明采用以下技术方案来实现：
一种双功能电极，包括基底层和附着于基底层上的电容层和催化层；所述电容层设置于所述基底层和所述催化层之间。
一种所述双功能电极的制备方法，包括(1)采用电化学方法于基底材料一侧表面制备电容层，或先采用化学聚合方法制备导电聚合物，再采用刷涂或喷涂或丝网印刷中的一种或两种以上将导电聚合物制备于基底材料一侧表面；(2)采用刷涂或喷涂或丝网印刷中的一种或两种以上于步骤(1)所制得的电容层表面制备催化层。
所述催化层中催化剂的载量为0.05-5mg/cm2，所述电容层中电容材料的载量为0.1-50mg/cm2。
所述催化层的制备具体为于溶剂中加入催化剂和粘结剂；所述溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或两种以上的混合溶剂，所述催化剂于溶剂中的浓度为0.1-5mg/ml，所述粘结剂占粘结剂和催化剂总质量的5％-50％。
所述电容层中包含导电聚合物，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚芴、聚嵌二萘、聚甘菊环、聚萘、聚咔唑、聚吲哚、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或它们的衍生物或它们之间的共聚物中的一种或两种以上。所述粘结剂为PTFE中的一种；电催化剂为Pt/C、Pt黑、PtRu/C、PtRu黑、PtCo/C中的一种或二种以上。
所述基底层为碳纸、碳布中的一种。
所述制备双功能电极的电化学方法，以添加有掺杂酸的导电聚合物单体溶液为电解质溶液，以一导电基底为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为工作电极，于一导电基底表面电化学沉积导电聚合物，制备所述电容层；
所述制备双功能电极的电化学方法，其特征在于：所述导电聚合物单体溶液中，溶剂为水，导电聚合物单体的浓度为0.001-2mol/L；所述掺杂酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述掺杂酸的浓度为0.1-2mol/L，所述电化学沉积过程中反应温度为-5-50℃，沉积电流密度为0.01-20mA/cm2。
所述化学聚合方法为导电聚合物单体溶液中加入掺杂酸和氧化物使之发生化学聚合反应制备导电聚合物；
所述化学聚合方法的导电聚合物单体溶液中，溶剂为甲醇、乙醇、水、乙二醇、异丙醇中的一种或两种以上的混合溶液，导电聚合物单体的浓度为0.001-2mol/L；所述掺杂酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述掺杂酸的浓度为0.1-2mol/L。所述化学聚合方法中，溶液中氧化剂与导电聚合物单体的物质的量的比为0.5-2；所述反应温度为-5-50℃，反应时间为12-48小时；
所述氧化剂为过硫酸铵、氯化铁、过氧化氢、高锰酸钾中的一种或两种以上的混合物。
采用所述双功能电极的燃料电池-超级电容器一体化发电单元，包括阳极、阴极和电解质膜，所述阳极和/或阴极为双功能电极；所述电解质膜为质子交换膜或碱性阴离子交换膜；或双功能电极单独作为半电池测试。
所述双功能电极中的催化层与所述电解质膜贴接。
与现有电极相比，本双功能电极具有以下优势：
1、组装的电池在不工作时，可以把活性物质的电荷储存在电极的电容材料中，在通路时，迅速把电荷释放出来，可以大电流脉冲放电；
2、电容层的厚度可控，可通过控制电容层的厚度来控制脉冲电流的大小；
3、电容层可同时具有微孔层的作用，是反应物分配更平衡；
4、纯电池工作模式下，电容层可以改善电池的动态稳定性。
附图说明
图1双电极结构示意图；
图2实施例1的电镜照片；
图3对比例的电镜照片；
图4实施例2在不通电流密度下的放电曲线。
具体实施方式
以下通过实例对本发明作详细描述，但本发明不仅限于以下实施例。
实施例1
(1)双功能电极的制备：
取一块2×2cm2的碳布，在1mol/L的高氯酸水溶液中加入苯胺，使苯胺的浓度为0.5mol/L，以碳布为基底，把碳布一侧密封，另一侧暴露在溶液中作为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为工作电极，反应温度为0-5℃，在0.04mA/cm2的电流密度下电聚合苯胺，碳布上的聚苯胺的载量为0.2mg/cm2,再在聚苯胺上喷60％Pt/C催化剂，催化剂浆液中Pt为1mg/mL,占总固体质量的20％，Pt的载量为0.3mg/cm2。制备得到的电极的电镜照片如图2所述，从图中可以看出，催化剂在电容层聚苯胺表面均匀分布。
(2)双功能电极的测试：
双功能电极在0.5mol/L的硫酸中测试其性能，以双功能电极为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。此电极在氧气中的恒电流放电曲线电压衰减比对比例1要慢。
实施例2
(1)双功能电极的制备：
取一块2×2cm2的碳布，在1mol/L的高氯酸水溶液中加入苯胺，使苯胺的浓度为0.5mol/L，以碳布为基底，把碳布一侧密封，另一侧暴露在溶液中作为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为工作电极，反应温度为0-5℃，在0.04mA/cm2的电流密度下电聚合苯胺，碳布上的聚苯胺的载量为2mg/cm2,再在聚苯胺上喷60％Pt/C催化剂，催化剂浆液中Pt为1mg/mL,占总固体质量的20％，Pt的载量为0.3mg/cm2。
(2)双功能电极的测试：
双功能电极在0.5mol/L的硫酸中测试其性能，以双功能电极为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。此电极在氧气中的不同电流密度恒电流放电曲线如图2所示，电压衰减较慢，显示电容特性。
实施例3
(1)双功能电极的制备：
在1mol/L的高氯酸水溶液中化学法聚合苯胺，苯胺的浓度为10mmol/L，过硫酸铵的浓度为6.7mmol/L,在0-5℃温度下反应24小时，过滤洗涤干燥，得聚苯胺样品，配制聚苯胺浆液，聚苯胺的浓度为0.67mg/mL，把浆液喷到碳布一侧上，使聚苯胺的载量为0.2mg/cm2；以60％Pt/C催化剂配制催化剂浆液，催化剂浆液中Pt为1mg/mL,占总固体质量的20％，把浆液喷到聚苯胺层上，使Pt的载量为0.3mg/cm2。
(2)双功能电极的测试：
双功能电极在0.5mol/L的硫酸中测试其性能，以双功能电极为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。此电极在氧气中的恒电流放电曲线电压衰减比对比例1要慢。
实施例4
(1)双功能电极的制备：
在1mol/L的高氯酸水溶液中化学法聚合苯胺，苯胺的浓度为10mmol/L，过硫酸铵的浓度为6.7mmol/L,在0-5℃温度下反应24小时，过滤洗涤干燥，得聚苯胺样品，配制聚苯胺浆液，聚苯胺的浓度为0.67mg/mL，把浆液喷到碳布一侧上，使聚苯胺的载量为0.2mg/cm2；以60％Pt/C催化剂配置催化剂浆液，催化剂浆液中Pt为1mg/mL,占总固体质量的20％，把浆液喷到聚苯胺层上，使Pt的载量为0.3mg/cm2。
(2)双功能电极的测试：
双功能电极在0.5mol/L的硫酸中测试其性能，以双功能电极为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。测试电极的在氮气和氧气中的开路电压和在氧气中的恒电流放电曲线。此电极在氧气中的恒电流放电曲线电压衰减对比例1要慢。
对比例1
(1)电极的制备：
以60％Pt/C催化剂配置催化剂浆液，催化剂浆液中Pt为1mg/mL,占总固体质量的20％，把浆液喷到碳布一侧表面上，使Pt的载量为0.3mg/cm2。
(2)双功能电极的测试：
双功能电极在0.5mol/L的硫酸中测试其性能，以双功能电极为工作电极，Pt片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。测试电极的在氮气和氧气中的开路电压和在氧气中的恒电流放电曲线。制备得到的电极的电镜照片如图3所述，从图中可以看出，催化剂分布在基底表面。此电极在氧气中的恒电流放电曲线电压衰减比对比例1、2、3、4要快。
Claims (10)
1.一种双功能电极，其特征在于：包括基底层和附着于所述基底层上的电容层和催化层；所述电容层设置于所述基底层和所述催化层之间。
2.如权利要求1所述双功能电极，其特征在于：催化层中催化剂的载量为0.05-5mg/cm2，电容层中电容材料的载量为0.1-50mg/cm2。
3.如权利要求1所述双功能电极，其特征在于：所述催化层中含有电催化剂和粘结剂；所述粘结剂质量占粘结剂和催化剂总质量的5％-50％；
所述催化层的制备具体为于溶剂中加入催化剂和粘结剂；所述溶剂为水、乙醇、乙二醇中的一种或两种以上的混合溶剂，所述催化剂于溶剂中的浓度为0.1-5mg/ml，按比例加入粘结剂，形成催化剂浆液，用喷涂、刷涂或丝网印刷中的一种或两种以上。
4.如权利要求1或2所述双功能电极，其特征在于：所述电容层中包含导电聚合物，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚芴、聚嵌二萘、聚甘菊环、聚萘、聚咔唑、聚吲哚或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或它们的衍生物或它们之间的共聚物中的一种或两种以上。
5.如权利要求1所述双功能电极，其特征在于：所述基底层为碳纸、碳布中的一种。
6.一种权利要求1-5任一所述双功能电极的制备方法，其特征在于：包括(1)采用电化学方法于基底材料一侧表面制备电容层，或先采用化学聚合方法制备导电聚合物，再采用刷涂或喷涂或丝网印刷中的一种或两种以上将导电聚合物制备于基底材料一侧表面；(2)采用刷涂或喷涂或丝网印刷中的一种或两种以上于步骤(1)所制得的电容层表面制备催化层。
7.如权利要求6所述双功能电极的制备方法，其特征在于：所述电化学方法为以添加有掺杂酸的导电聚合物单体溶液为电解质溶液中，以一导电基底为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为工作电极，于一导电基底表面电化学沉积导电聚合物，制备所述电容层；
所述化学聚合方法为导电聚合物单体溶液中加入掺杂酸和氧化物使之发生化学聚合反应制备导电聚合物。
8.如权利要求7所述制备双功能电极的电化学方法，其特征在于：
所述导电聚合物单体溶液的溶剂为水，导电聚合物单体的浓度为0.001-2mol/L；所述掺杂酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述掺杂酸的浓度为0.1-2mol/L，所述电化学沉积过程中反应温度为-5-50℃，沉积电流密度为0.01-20mA/cm2；
所述导电聚合物单体溶液的溶剂为甲醇、乙醇、水、乙二醇、异丙醇中的一种或两种以上的混合溶液，导电聚合物单体的浓度为0.001-2mol/L；所述掺杂酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述掺杂酸的浓度为0.1-2mol/L；所述化学聚合方法中，溶液中氧化剂与导电聚合物单体的物质的量的比为0.5-2；所述反应温度为-5-50℃，反应时间为12-48小时；所述氧化剂为过硫酸铵，氯化铁，过氧化氢，高锰酸钾中的一种或两种以上的混合物。
9.一种采用权利要求1-5任一所述双功能电极组装燃料电池-超级电容器一体化发电单元，其特征在于：包括阳极、阴极和电解质膜，所述阳极和/或阴极为双功能电极，所述电解质膜为质子交换膜或碱性阴离子交换膜；或双功能电极单独作为半电池测试。
10.如权利要求1所述燃料电池-超级电容器一体化发电单元，其特征在于：所述双功能电极中的催化层与所述电解质膜贴接。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510963958.5A CN106898497A (zh) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | 双功能电极及其制备方法和应用 |
| PCT/CN2016/109989 WO2017101795A1 (zh) | 2015-12-18 | 2016-12-15 | 双功能电极及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510963958.5A CN106898497A (zh) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | 双功能电极及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106898497A true CN106898497A (zh) | 2017-06-27 |
Family
ID=59191236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510963958.5A Pending CN106898497A (zh) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | 双功能电极及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106898497A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107578929A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-12 | 哈尔滨工程大学 | 用于混合生物电源中的形状可控的双功能水凝胶阳极材料的制备方法 |
| CN108615959A (zh) * | 2016-12-09 | 2018-10-02 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种溶解氧海水电池的亲水阴极及其制备和应用 |
| CN110853928A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-02-28 | 熵零技术逻辑工程院集团股份有限公司 | 一种电容实现方法及其电容 |
| CN113948725A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-18 | 中自环保科技股份有限公司 | 一种双功能微孔层式气体扩散层的制备方法、气体扩散层及催化电极 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1564355A (zh) * | 2004-04-02 | 2005-01-12 | 北京科技大学 | 燃料电池中聚合物负载催化剂电极及其制备方法 |
| CN102447116A (zh) * | 2010-12-31 | 2012-05-09 | 山东理工大学 | 膜电极的制备方法 |
-
2015
- 2015-12-18 CN CN201510963958.5A patent/CN106898497A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1564355A (zh) * | 2004-04-02 | 2005-01-12 | 北京科技大学 | 燃料电池中聚合物负载催化剂电极及其制备方法 |
| CN102447116A (zh) * | 2010-12-31 | 2012-05-09 | 山东理工大学 | 膜电极的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHAN ZHU等: ""Effect of RuO2·xH2O in anode on the performance of direct methanol fuel cells"", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108615959A (zh) * | 2016-12-09 | 2018-10-02 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种溶解氧海水电池的亲水阴极及其制备和应用 |
| CN107578929A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-12 | 哈尔滨工程大学 | 用于混合生物电源中的形状可控的双功能水凝胶阳极材料的制备方法 |
| CN107578929B (zh) * | 2017-08-22 | 2019-03-05 | 哈尔滨工程大学 | 用于混合生物电源中的形状可控的双功能水凝胶阳极材料的制备方法 |
| CN110853928A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-02-28 | 熵零技术逻辑工程院集团股份有限公司 | 一种电容实现方法及其电容 |
| CN113948725A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-18 | 中自环保科技股份有限公司 | 一种双功能微孔层式气体扩散层的制备方法、气体扩散层及催化电极 |
| CN113948725B (zh) * | 2021-10-20 | 2022-11-15 | 中自环保科技股份有限公司 | 一种双功能微孔层式气体扩散层的制备方法、气体扩散层及催化电极 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7175930B2 (en) | Conducting polymer-grafted carbon material for fuel cell applications | |
| US7413683B2 (en) | Sulfonated conducting polymer-grafted carbon material for fuel cell applications | |
| US20040109816A1 (en) | Proton conductive carbon material for fuel cell applications | |
| US7459103B2 (en) | Conducting polymer-grafted carbon material for fuel cell applications | |
| US7195834B2 (en) | Metallized conducting polymer-grafted carbon material and method for making | |
| US7390441B2 (en) | Sulfonated conducting polymer-grafted carbon material for fuel cell applications | |
| Lei et al. | A solar rechargeable battery based on hydrogen storage mechanism in dual-phase electrolyte | |
| Fujiwara et al. | Direct oxidation of L-ascorbic acid on a carbon black electrode in acidic media and polymer electrolyte fuel cells | |
| CN106898497A (zh) | 双功能电极及其制备方法和应用 | |
| US20110305970A1 (en) | CHEMICALLY LINKED HYDROGEL MATERIALS AND USES THEREOF IN ELECTRODES and/or ELECTROLYTES IN ELECTROCHEMICAL ENERGY DEVICES | |
| Pickup et al. | Electronically conducting cation-exchange polymer powders: synthesis, characterization and applications in PEM fuel cells and supercapacitors | |
| Fu et al. | Polypyrrole nanowires as a cathode microporous layer for direct methanol fuel cell to enhance oxygen transport | |
| Wang et al. | Studies of performance decay of Pt/C catalysts with working time of proton exchange membrane fuel cell | |
| JP5109323B2 (ja) | 電気化学素子用電極及びその製造方法、並びに電気化学素子 | |
| CN106910641A (zh) | 一种双功能电极及其制备方法和应用 | |
| Kim et al. | Sulfonated poly (ether ether ketone) membranes for electric double layer capacitors | |
| US20100075204A1 (en) | Anode catalyst layer and membrane-electrode assembly of direct liquid feed fuel cell and direct liquid feed fuel cell | |
| Zhu et al. | Effect of RuO2· xH2O in anode on the performance of direct methanol fuel cells | |
| CN101826622B (zh) | 一种通过添加氧化还原穿梭电对提高燃料电池寿命的方法 | |
| WO2004107359A1 (en) | Metallized conducting polymer-grafted carbon material and method for making | |
| WO2017101795A1 (zh) | 双功能电极及其制备方法和应用 | |
| CN106898500A (zh) | 一种双功能电极及制备和发电单元 | |
| KR20140088884A (ko) | 수동 직접 메탄올 연료전지의 제조방법 및 수동 직접 메탄올 연료전지 | |
| US8912112B2 (en) | Metal catalyst composition modified by nitrogen-containing compound | |
| Lee et al. | Effects of polyamidoamine dendrimers on the catalytic layers of a membrane electrode assembly in fuel cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170627 |