一种表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法

本发明属于燃料电池，具体涉及一种表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法。

背景技术：

1、燃料电池是一种能量转换装置，可将燃料中的化学能转化为电能。过氧化氢燃料电池是一种利用低成本、无膜结构和环境清洁的过氧化氢燃料/氧化剂等优点的燃料电池。然而，电极对过氧化氢电氧化和电还原的选择性较差、质量传输能力降低、燃料/氧化剂泵送的能源成本较高以及表面积较低等因素阻碍过氧化氢燃料电池的性能。

2、表面活性剂是一种能降低表面张力的物质，已被广泛应用于各种领域，包括清洁工艺。根据分子结构的不同，表面活性剂可以是非离子型、阴离子型、阳离子型或两性型。目前，提高燃料电池性能的技术主要集中在材料改性或催化剂的应用方面。利用表面活性剂实现这一目标的方法一直被忽视，在当前的技术领域留下空白。同时，现阶段主要的研发方法集中在材料科学和化学工程领域，对表面活性剂的关注也有限，然而，它们在燃料电池中的应用特别是与提高电池性能有关的应用尚未得到充分探索，在无膜过氧化氢燃料电池领域表面活性剂的应用也一直得到忽视。

技术实现思路

1、基于现有技术的局限性，本发明的主要目的是一种表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，在无膜过氧化氢燃料电池中使用表面活性剂，通过使用表面活性剂来清洁电极、形成气泡、诱导燃料自主泵送、去除反应产物、活性位点的静电/库伦吸引、形成电容层以减少或增加电极上的反应。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，包括如下步骤：

4、步骤1：选用金片电极作为正极，多孔泡沫镍作为负极，夹持在无膜过氧化氢燃料电池组件的夹具上，搭建无膜过氧化氢燃料电池；

5、步骤2：配制0.01-100mm浓度的表面活性剂燃料池溶液，其中过氧化氢浓度为0.5m，ph为1，配制好的表面活性剂燃料池溶液加入到步骤1所述无膜过氧化氢燃料电池中；

6、步骤3：将所述无膜过氧化氢燃料电池的正负极与用电器连接，打开开关，开始工作。

7、作为优选，步骤1中，所述金片电极的尺寸为10×10×0.1mm，所述多孔泡沫镍的尺寸为10×10×1.5mm。

8、作为优选，步骤2中，分别配制0.01mm、0.1mm、1mm、10mm、100mm浓度梯度的表面活性剂燃料池溶液，其中过氧化氢浓度固定为0.5m，ph固定为1。

9、作为优选，步骤2中，所述表面活性剂包括阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性型表面活性剂中的一种或多种，其中：

10、所述阴离子型表面活性剂为十二烷基硫酸钠(sds)；

11、所述非离子型表面活性剂为曲拉通x(tritonx)；

12、所述两性型表面活性剂为3-磺丙基十六烷基二甲甜菜碱(dpa)。

13、作为优选，所述无膜过氧化氢燃料电池为单室燃料电池。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，

15、1.本发明提出一种表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，该方法简单易行，无需额外硬件，只需添加微量或少量表面活性剂即可提升无膜过氧化氢燃料电池的性能，成本极低，且可轻松集成到现有的燃料电池系统中，在对清洁、可再生能源的需求日益增长的环境科学领域简单、有效和适应性强，为开发更高效、更可持续的电力系统做出贡献。

16、2.本发明通过将表面活性剂作为添加剂加入无膜过氧化氢燃料电池的电解液中，无膜过氧化氢燃料电池的性能包括功率输出、电流密度，获得明显调控，阴离子型、非离子型以及两性型表面活性剂有提升无膜过氧化氢燃料电池的功能，而阳离子型表面活性剂则对无膜过氧化氢燃料电池出现明显抑制作用。

17、3.由于表面活性剂的疏水和亲水尾部具有特定的固/液界面吸附能力，带电表面活性剂对电极表面的电性能有着重要的影响，本发明在提高燃料电池性能方面潜力及广泛适用性使其成为能源技术领域一项重大进展。

技术特征：

1.一种表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，其特征在于，步骤1中，所述金片电极的尺寸为10×10×0.1mm，所述多孔泡沫镍的尺寸为10×10×1.5mm。

3.根据权利要求1所述表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，其特征在于，步骤2中，分别配制0.01mm、0.1mm、1mm、10mm、100mm浓度梯度的表面活性剂燃料池溶液，其中过氧化氢浓度固定为0.5m，ph固定为1。

4.根据权利要求1所述表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，其特征在于，步骤2中，所述表面活性剂包括阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性型表面活性剂中的一种或多种，其中：

5.根据权利要求1所述表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，其特征在于，所述无膜过氧化氢燃料电池为单室燃料电池。

技术总结
本发明公开了一种表面活性剂提高无膜过氧化氢燃料电池性能的方法，包括：选用金片电极作为正极，多孔泡沫镍作为负极，夹持在无膜过氧化氢燃料电池组件上搭建无膜过氧化氢燃料电池，配制0.01‑100mM浓度的表面活性剂燃料池溶液，过氧化氢浓度为0.5M，pH为1，表面活性剂燃料池溶液加入到无膜过氧化氢燃料电池中，无膜过氧化氢燃料电池的正负极与用电器连接。本发明的方法简单易行，无需额外硬件，只需添加微量或少量表面活性剂提升无膜过氧化氢燃料电池的性能，成本低，可轻松集成到现有的燃料电池系统中，在对清洁、可再生能源的需求日益增长的环境科学领域简单、有效和适应性强。

技术研发人员：亚历山大·索洛维夫,梅永丰,黄高山,许凯亮,朱奋扬,陈国祥
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25