CN112864406B - 一种乳糖燃料电池的构建方法 - Google Patents

一种乳糖燃料电池的构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112864406B
CN112864406B CN201911181991.7A CN201911181991A CN112864406B CN 112864406 B CN112864406 B CN 112864406B CN 201911181991 A CN201911181991 A CN 201911181991A CN 112864406 B CN112864406 B CN 112864406B
Authority
CN
China
Prior art keywords
paper
electrode
solution
lactose
modified
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.)
Active
Application number
CN201911181991.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112864406A (zh
Inventor
孙晶
孟维琛
曹猛
朱红
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.)
Dalian University
Original Assignee
Dalian University
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 Dalian University filed Critical Dalian University
Priority to CN201911181991.7A priority Critical patent/CN112864406B/zh
Publication of CN112864406A publication Critical patent/CN112864406A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112864406B publication Critical patent/CN112864406B/zh
Active 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
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • 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
    • H01M4/8853—Electrodeposition
    • 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
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • 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
    • H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明属于新能源技术领域，公开了一种乳糖燃料电池的构建方法。以纸为基底，在其表面利用壳聚糖和石墨烯进行修饰，将修饰后的纸放置24小时以上；以修饰改性完成后的纸为基底进行欠电位沉积，进而制备出Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极；以该修饰电极为阳极，Pt为阴极，乳糖溶液为底液进搭建乳糖燃料电池。本发明以纳米贵金属修饰电极，由于贵金属的催化效果好，使得Pt‑Au的负载低，从而电极成本低。且电极的微观结构为花状纳米多维结构，使得电极的抗毒化能力强，结构稳定。

Description

一种乳糖燃料电池的构建方法
技术领域
本发明属于新能源技术领域，本发明涉及一种乳糖燃料电池的构建方法。更具体的说是一种基于乳糖燃料电池产电储能设备的构建方法。
背景技术
能源是人类社会赖以生存和发展的基石。21世纪以来，随着经济全球化的蓬勃发展，能源危机和环境污染己经成为世界各国面临的两个重大问题。燃料电池技术是当今能量转化率最高的化学发电技术之一，能量转化率最高可达到80％。发展这一技术，将大大提高燃料能量利用效率，从而能缓解能源危机。而现有的燃料电池燃料来源比较匮乏，成本高、发展较为局限。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种乳糖燃料电池的构建方法，是通过构建一种以乳糖为底液，Au—Ni—Pt/纸合金修饰电极电池实现产能、储能。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种乳糖燃料电池的构建方法，
以纸(10×20mm)为基底，在其表面利用壳聚糖和石墨烯进行修饰，将修饰后的纸放置24小时以上；以修饰改性完成后的纸为基底进行欠电位沉积，进而制备出Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极；以该修饰电极为阳极，Pt为阴极，乳糖溶液为底液进搭建乳糖燃料电池。
所述的Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极制备步骤如下：
将A4纸裁成10×20mm的大小，将壳聚糖溶于稀醋酸中，搅拌2h得10mg/L的壳聚糖溶液，再将石墨烯超声分散于壳聚糖溶液中，得到石墨烯-壳聚糖溶液(CH-CS)1mg/mL。将混合后的溶液均匀涂覆于纸上，干燥后再将处理好的纸浸泡在四氯亚铂酸钾溶液中20分钟，晾干备用；
利用三电极体系电化学工作站，以制备的Au—Ni—Pt/纸复合纳米电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，氯金酸钾为电镀液，采用计时电流法：电压为-0.1V对纸电极进行1800s的沉积金处理；沉积实验结束以后，将纸电极静置一晚。第二天将电镀液换为硫酸镍溶液：0.01mol/L硫酸镍+0.02mol/L硫酸钠，利用计时电流法电压为-2V对以上制备好的纸电极进行100s的沉镍处理；以上每次操作结束均需利用超纯水清洗纸表面并吹干；制备出Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明研究了一种纳米复合电极作为乳糖生物燃料电池阳极方面的应用，从根本上提高了能量的利用效率，拓宽了燃料来源，缓解能源紧缺。
本发明以纳米贵金属修饰电极，由于贵金属的催化效果好，使得Pt-Au的负载低，从而电极成本低。且电极的微观结构为花状纳米多维结构，使得电极的抗毒化能力强，结构稳定。制备在导电纸上生长的Au—Ni—Pt/纸合金纳米修饰电极，有利于能源的良好利用。
附图说明
图1为实施例1改性之后电极接触角的变化图。图中a为原始纸电极，b为Au-Ni-Pt/纸电极。
图2为循环伏安法表征修饰之后的纸表面表征情况图。
图3为循环伏安法表征Au—Ni—Pt/纸纳米复合电极表征图。
图4为三维纳米贵金属电极制备过程图。
图5为实验装置图。
图6为在不同浓度的乳糖溶液中Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极循环伏安法催化结果图。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
实施例1
乳糖燃料电池的具体构建方法如下：
本发明拟用三电极体系，以制备的Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极为阳极，Pt丝为负极，Ag/AgCl为参比电极，分别在不同浓度下的乳糖溶液中搭建乳糖燃料电池。如附图5所示。
本实施例中提及的Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极的制备方法具体如下：
采用三电极体系，将修饰后的纸浸入H2SO4(0.5mol/L)和KAuCl4(1mg/mL)的混合物中，使用铂电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极。设置电压-0.2V，时间分别为400s、800s、1600s，进行欠电位沉积。优先选用沉积金时间为800s，此时纳米粒子集体分布均匀。经实验证明当复合电极上的纳米粒子聚集体分布均匀时，电化学性能尤为突出。
采用三电极体系，以纳米结构的Au/纸作为工作电极，饱和甘汞电极和铂丝电极为参比电极和对电极放入盛有硫酸镍溶液的电解池中。采用计时电流法，设置电化学工作站电沉积参数：电压-1V，时间500s。立即将电极取出。修饰完后的Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极氮气保护，放置三天后备用。如附图4所示。
原始纸电极修饰方法具体如下：
将A4纸裁成10×20mm的大小，将壳聚糖溶于稀醋酸中，搅拌2h得10mg/L的壳聚糖溶液，再将石墨烯超声分散于壳聚糖溶液中，得到石墨烯-壳聚糖溶液(CH-CS)1mg/mL。将混合后的溶液均匀涂覆于纸上，放置一天，干燥后再将处理好的纸浸泡在四氯亚铂酸钾溶液中20分钟，晾干备用。
乳糖溶液配制具体方法如下：
分别用分析天平精确称量乳糖0.3632g，1.0810g，1.8160g，2.5424g，3.2688g，及称量四份0.6601g KOH，用去离子水分别溶解至四个50mL烧杯，然后用100mL容量瓶定容，摇匀。分别配制成0.01M、0.03M、0.05M、0.07M、0.09M的乳糖溶液。
使用接触角实验来评估原始纸电极和Au-Ni-Pt/纸电极的表面亲水性。原始纸电极和Au-Ni-Pt/纸电极的接触角分别为37.3°、2.7°，如附图1所示。接触角的减小表明经过三种金属的改性提高了纸基电极的亲水性。亲水性的增加有益于电极表面上的电活性材料的反应。
纳米复合电极的电化学性能研究
用循环伏安法表征修饰后原始纸电极的电化学性能。将修饰后的原始纸电极在0.05M H2SO4溶液中探究其循环伏安行为。电位：-0.6～1.2V，扫速为100mV/s。如附图2所示。修饰后原始纸电极的导电性能有了明显的提高，有利于进一步电化学沉积。
用循环伏安法表征纳米复合修饰Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极电化学性能。通过Fe(CN)6 3-/4-在修饰后电极上电子转移情况来表征电极表面电化学行为。Fe(CN)6 3-/4-溶液为5mmol/L，设置电位是：-0.2～1.2V，扫速为：100mV/s。通过纳米修饰之后，Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极表面的可逆性较好，导电性有所增加。如附图3所示。
乳糖燃料电池的性能测试研究
对实施例1构建的乳糖燃料电池的性能进行测试，具体操作步骤如下：
利用循环伏安法对实施例1构建的乳糖燃料电池进行催化氧化反应。通过探究，设定循环伏安起始电压为2.2V，扫描速率为120m V/s。
碳水化合物浓度对催化效果的影响如附图6所示。这些结果表明，在1mol/L KOH溶液中，乳糖的氧化电流呈现先升后逐渐平稳的趋势。这种现象的解释可能是碳水化合物和羟基之间形成了竞争关系。当碳水化合物浓度达到一定值时，碳水化合物的吸附逐渐成为主导，阻碍了羟基离子的吸附；另一方面，当电极上金纳米粒子吸附上羟基时，会对附近Pt纳米粒子上的羟基产生排斥作用，从而避免Pt纳米粒子的毒化。此外，我们很容易观察到，当乳糖浓度从0.01mol/L增加到0.09mol/L时，所有的氧化峰和再氧化峰的电位都有连续的正移，因为反应体系的pH已经被反应产物改变了。
且实验表明本发明提供的贵金属修饰电极对乳糖等具有良好的催化氧化作用，能够提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种乳糖燃料电池的构建方法，其特征是，以纸为基底，在其表面利用壳聚糖和石墨烯进行修饰，将修饰后的纸放置24小时以上；以修饰改性完成后的纸为基底进行欠电位沉积，进而制备出Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极；以该修饰电极为阳极，Pt为阴极，乳糖溶液为底液搭建乳糖燃料电池；
所述的Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极制备步骤如下：
将A4纸裁成10×20mm的大小，将壳聚糖溶于稀醋酸中，搅拌2 h得10 mg/L的壳聚糖溶液，再将石墨烯超声分散于壳聚糖溶液中，得到石墨烯-壳聚糖溶液1 mg/mL；将混合后的溶液均匀涂覆于纸上，干燥后再将处理好的纸浸泡在四氯亚铂酸钾溶液中20分钟，晾干备用；得到纸电极；
利用三电极体系电化学工作站，以制备的Au—Ni—Pt/纸复合纳米电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，氯金酸钾为电镀液，采用计时电流法：电压为-0.1 V对纸电极进行1800 s的沉积金处理；沉积实验结束以后，将纸电极静置一晚；第二天将电镀液换为硫酸镍溶液：0.01 mol/L 硫酸镍+0.02 mol/L 硫酸钠；利用计时电流法电压为-2 V对以上制备好的纸电极进行 100s 的沉镍处理；以上每次操作结束均需利用超纯水清洗纸表面并吹干；制备出Au—Ni—Pt/纸金属纳米复合电极。
2.如权利要求1所述的一种乳糖燃料电池的构建方法，其特征是，所述的以纸为基底中纸的尺寸为10×20mm。
CN201911181991.7A 2019-11-27 2019-11-27 一种乳糖燃料电池的构建方法 Active CN112864406B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911181991.7A CN112864406B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种乳糖燃料电池的构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911181991.7A CN112864406B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种乳糖燃料电池的构建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112864406A CN112864406A (zh) 2021-05-28
CN112864406B true CN112864406B (zh) 2023-05-30

Family

ID=75985660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911181991.7A Active CN112864406B (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种乳糖燃料电池的构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112864406B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107543849A (zh) * 2017-07-31 2018-01-05 常州大学 两种贵金属一步修饰普通金属纳米复合材料表面的高活性电极制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007084249A2 (en) * 2005-11-02 2007-07-26 St.Louis University Direct electron transfer using enzymes in bioanodes, biocathodes, and biofuel cells

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107543849A (zh) * 2017-07-31 2018-01-05 常州大学 两种贵金属一步修饰普通金属纳米复合材料表面的高活性电极制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
微生物燃料电池在传感分析中的应用及研究进展;宋荣斌;张剑荣;朱俊杰;;分析化学(第12期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112864406A (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107904614B (zh) 一种Ni3S2@Ni-Fe LDH析氧电催化电极及其制备方法与应用
Shen et al. Influence of antimony ions in negative electrolyte on the electrochemical performance of vanadium redox flow batteries
CN110106517A (zh) 硫化钴/层状双金属氢氧化物复合电催化剂及其制备方法
CN105552399B (zh) 一种石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板及其制备方法
CN110021758B (zh) 有机体系中电沉积制备的Pt-M金属合金催化剂
Cheng et al. Pd doped Co3O4 nanowire array as the H2O2 electroreduction catalyst
CN106669739A (zh) 一种过渡金属硫化物/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用
CN110280249A (zh) 一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法及其氧气析出应用
CN108722453A (zh) 一种用于碱性电催化析氢的磷化钼/碳复合纳米材料
CN109267047A (zh) 一种基于镍锰氢氧化物的柔性布电极的制备方法
CN107863538A (zh) 一种用于乙醇催化的电极及其应用
Lan et al. N, S co-doped carbon quantum dots anchoring on copper-vacancy-rich Cu nanowires/Cu foam as the cathode in microbial fuel cells: Role of CS-Cu active site
Chen et al. TCNQ-induced in-situ electrochemical deposition for the synthesis of silver nanodendrites as efficient bifunctional electrocatalysts
Nakayama et al. A binder-free thin film anode composed of Co2+-intercalated buserite grown on carbon cloth for oxygen evolution reaction
Li et al. Bifunctional Ni–Fe–CoSe2 nanosheets electrodeposited on Ni foam for efficient catalysis of the oxidation of water and urea
Wu et al. Atomically dispersed platinum supported onto nanoneedle-shaped protonated polyaniline for efficient hydrogen production in acidic water electrolysis
CN104701549B (zh) 一种无碳膜电极组件
CN101740787B (zh) 用于燃料电池的金属颗粒-非晶金刚石复合阳极及制备方法
Tian et al. Performance of ethanol electro-oxidation on Ni–Cu alloy nanowires through composition modulation
Peng et al. Effects of polyaniline on electrochemical properties of composite inert anodes used in zinc electrowinning
Liu et al. Preparation of a thin-film Pt electrocatalyst by MnO2 electrodeposition and galvanic replacement reaction for oxidation of methanol
Zhang et al. Preparation of a Pt thin-film modified electrode for alkaline electrocatalytic oxidation of methanol by Cu (OH) 2 electrodeposition and galvanic replacement reaction
Chang et al. Recent advances in zinc–air batteries: self-standing inorganic nanoporous metal films as air cathodes
CN112864406B (zh) 一种乳糖燃料电池的构建方法
CN108155391A (zh) 一种促进硼氢化钠直接氧化的高效镍基催化剂

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant