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专利号: 2019114104225
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池,其特征在于,包括电池外壳和设置在所述电池外壳内的膜电极,所述电池外壳与所述膜电极之间为空气室,所述膜电极内设置甲醇气体反应室,所述膜电极由外至内为阴极扩散层、阴极催化剂层、Nafion膜和黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极,所述黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极为表面沉积有纳米黑磷层的TiO2纳米管/Ti;

所述阴极扩散层与所述电池外壳通过焊接点连接设置为阴极输出端,所述黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极与所述电池外壳通过焊接点连接设置为阳极输出端,所述甲醇气体反应室的顶端设置加料孔和用于密封所述加料孔的加料密封盖,所述加料孔用于导入气态甲醇,所述电池外壳上开设有与所述空气室导通的空气流通孔,所述空气室的底部设置水排放孔,所述黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极的底部设置CO2排放孔。

2.根据权利要求1所述的黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池,其特征在于,所述阴极输出端和所述阳极输出端采用不锈钢、铜或钛材料。

3.根据权利要求1所述的黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池,其特征在于,所述加料密封盖采用聚四氟乙烯材料。

4.根据权利要求1所述的黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极直接甲醇燃料电池,其特征在于,所述膜电极的制备方法包括以下步骤:

1)将多孔钛管放置于丙酮中超声除油15min,再用甲醇或乙醇清洗;然后用400g/L的CrO3和350g/L的H2SO4处理3min,二次蒸馏水超声清洗3次,1mol/L的HF处理10min,二次蒸馏水超声清洗3次,烘干;

2)将经过步骤1)前处理得到的多孔钛管在电解液中进行阳极氧化,电解液的组成为:

0.5~1%的HF,1mol/L的H2SO4;电解电位为20V,电解时间为30~120min;电解完毕,用去离子水洗涤,烘干,在500℃的马弗炉中焙烧3h,使所述多孔钛管的内外表面生成TiO2纳米管,得到TiO2纳米管/Ti;

3)将红磷在200℃下热处理2h,除去表面的氧化物和杂质,冷却后研磨15min;

4)将TiO2纳米管/Ti置于管式炉中,并在其内外表面放置步骤3)处理得到的红磷,以每分钟5cm3的速率向管式炉内通入氩气,升温至600~1000℃,保温4~5h,然后以每分钟5℃的速率降温至350℃,保温2h,冷却后形成黑磷纳米层沉积在所述TiO2纳米管/Ti的内外表面,制得黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极;

5)将阴极催化剂浆料喷涂到PTFE膜表面,得到阴极催化剂层;

6)将所述黑磷-TiO2纳米管/Ti阳极和所述阴极催化剂层分别置于Nafion膜两侧,热压,揭去PTFE膜片,在所述阴极催化剂层一侧再加阴极扩散层热压得膜电极。