一种提高反应效率的含氢有机液体燃料电池的制作方法

本发明属于燃料电池领域，特别涉及一种以含氢有机液体作为燃料的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池。

背景技术：

1、直接甲醇燃料电池是指直接使用甲醇为阳极活性物质的燃料电池，是质子交换膜燃料电池的一种，只是燃料不是氢而是甲醇而已。dmfc是世界上研究和开发的热点，其基础是e.muelier在1922年首次进行的甲醇的电氧化实验。1951年，kordesch和marko最早进行了dmfc的研究。

2、燃料甲醇水溶液在阳极电催化剂的作用下发生电化学氧化反应，生成co2、质子和电子，质子通过电解质膜传递至阴极区，电子通过外电路做功进入阴极区，与阴极的氧负离子发生电化学还原反应生成水。通常采用纯甲醇作为燃料，但纯甲醇进料浓度过高会造成甲醇渗透严重。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对燃料电池，提供一种以含氢有机液体作为燃料的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，包括：

3、阳极催化剂层，位于阳极区，位于阳极板和膜电极之间，填充有阳极催化剂以及分布在催化剂间隙之间的质子导体；用于将导入的含氢有机液体分解成储氢载体和氢；

4、膜电极，位于阳极和阴极之间；

5、所述燃料电池采用含氢有机液体作为燃料，含氢有机液体进入阳极在阳极催化剂的作用下分解成储氢载体和氢，氢进一步分解为质子和电子，电子经由外部电路流出形成电流，质子通过膜电极进入阴极，与氧负离子生成水。

6、进一步的，质子导体为固体酸、固体酸盐、杂多酸、杂多酸盐、有机膦酸、有机膦酸盐或含磷酸基团的聚合物中的一种或两种以上的混合物。

7、进一步的，固体酸或固体酸盐为钙钛矿型陶瓷、β-al2o3陶瓷、硅铝酸盐、锆酸盐、铈酸盐、磷酸盐、铯酸盐、氢钨青铜或氢钼青铜；杂多酸或杂多酸盐为磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸或硅钼酸；有机膦酸或有机膦酸盐为羟基乙叉二膦、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、己二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、植酸、利塞膦酸、阿伦膦酸或唑来膦酸；含磷酸基团的聚合物为聚乙烯膦酸、聚乙烯膦酸盐或聚膦酸酯。

8、进一步的，阳极催化剂层的宽度为0.5～10mm，所述阳极催化剂填充在阳极催化剂层内，粒径在0.05～1mm。

9、进一步的，阳极催化剂为镍、钴、钯、铂、钛、铁、钒、镧或者它们的合金。

10、进一步的，阳极催化剂为金属氧化物、氮化物或硫化物，其中金属为铂、钯、钨、铁、钌、铜、铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铅、锌、锡、钴、镍或锑。

11、进一步的，阳极催化剂还包括载体，所述载体为sio2、al2o3、tio2或活性炭。

12、进一步的，含氢有机液体的通式为rhn，其中r是储氢载体，含氢有机液体在阳极发生如式1的总反应：

13、rhn→r+nh++ne             (1)

14、含氢有机液体在阳极催化剂层内发生如式2和式3过程：

15、rhn→r+nh                        (2)

16、2h→h2                             (3)

17、氢原子和氢分子进一步分解成质子和电子如式4和式5所示

18、h→h++e                          (4)

19、h2→2h++2e                       (5)

20、其中r为储氢载体，为芳香烃或杂环化合物，其中环的数量为1～6个，碳原子数量为6～36个；或者为上述芳香烃或杂环化合物的卤代化合物、醇、醚、酚、醛、羧酸、酯或氨基酸衍生物，取代基的数量为1到20个；

21、所述储氢载体r在催化加氢反应后可以还原成含氢有机液体rhn；

22、所述含氢有机液体作为燃料电池的燃料时可以是符合通式化合物的中一种或两种以上的混合物。

23、进一步的，含氢有机液体为脂肪醇，所述脂肪醇中的碳原子数量为1～11个，羟基的数量为一个以上；含氢有机液体可以是上述两种以上脂肪醇的混合物。

24、进一步的，膜电极为中、高温膜电极，运行的工作温度是100～400℃。

25、本申请的燃料电池优势在于：相比于常规燃料电池与含氢有机液体制氢过程，提出了一种新的发电机制，使得两个反应过程合为一体，提高了单位体积系统功率。含氢有机液体制氢产出的氢实时地被氧“吸引”到薄膜的另一边，促使制氢反应更彻底地向生成产物的方向进行，提高反应收率。

技术特征：

1.一种提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述质子导体为固体酸、固体酸盐、杂多酸、杂多酸盐、有机膦酸、有机膦酸盐或含磷酸基团的聚合物中的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求2所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述固体酸或固体酸盐为钙钛矿型陶瓷、β-al2o3陶瓷、硅铝酸盐、锆酸盐、铈酸盐、磷酸盐、铯酸盐、氢钨青铜或氢钼青铜；杂多酸或杂多酸盐为磷钨酸、磷钼酸、硅钨酸或硅钼酸；有机膦酸或有机膦酸盐为羟基乙叉二膦、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、己二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、植酸、利塞膦酸、阿伦膦酸或唑来膦酸；含磷酸基团的聚合物为聚乙烯膦酸、聚乙烯膦酸盐或聚膦酸酯。

4.根据权利要求1所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述阳极催化剂层的宽度为0.5～10mm，所述阳极催化剂填充在阳极催化剂层内，粒径在0.05～1mm。

5.根据权利要求1所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述阳极催化剂为镍、钴、钯、铂、钛、铁、钒、镧或者它们的合金。

6.根据权利要求1所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述阳极催化剂为金属氧化物、氮化物或硫化物，其中金属为铂、钯、钨、铁、钌、铜、铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铅、锌、锡、钴、镍或锑。

7.根据权利要求5或6所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述阳极催化剂还包括载体，所述载体为sio2、al2o3、tio2或活性炭。

8.根据权利要求1所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述含氢有机液体的通式为rhn，其中r是储氢载体，含氢有机液体在阳极发生如式1的总反应：

9.根据权利要求1所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述含氢有机液体为脂肪醇，所述脂肪醇中的碳原子数量为1～11个，羟基的数量为一个以上；含氢有机液体可以是上述两种以上脂肪醇的混合物。

10.根据权利要求1所述的提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，其特征在于：所述膜电极为中、高温膜电极，运行的工作温度是100～400℃。

技术总结
本发明公开了一种提高反应效率的含氢有机液体燃料电池，包括：阳极催化剂层，位于阳极区，填充有阳极催化剂以及分布在催化剂间隙之间的质子导体；用于将导入的含氢有机液体分解成储氢载体和氢；膜电极，位于阳极和阴极之间；燃料电池采用含氢有机液体作为燃料，含氢有机液体进入阳极在阳极催化剂的作用下分解成储氢载体和氢，氢进一步分解为质子和电子，电子经由外部电路流出形成电流，质子通过膜电极进入阴极，与氧负离子生成水。本申请的燃料电池提出了一种新的发电机制，提高了单位体积系统功率。含氢有机液体制氢产出的氢实时地被氧“吸引”到薄膜的另一边，涂敷在质子交换膜上的质子导体介质层可以促使制氢反应更彻底地向生成产物的方向进行，提高反应收率。

技术研发人员：程寒松,陈刚,成文杰,李晔,何立娟,杨益清,张运丰
受保护的技术使用者：武汉氢阳能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15