專利名稱：以過氧化氫處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種改善直接炭燃料電池的性能的方法，具體地說是一種利 用過氧化氫(HA)處理提高熔融碳酸鹽型直接炭燃料電池(MCDCFC)炭陽極電化 學活性的方法。
(二)
背景技術：
燃料電池是一種直接將化學能高效、環(huán)境友好地轉變?yōu)殡娔艿碾娀瘜W器件， 是一種綠色能量轉換裝置，可同時解決節(jié)能和環(huán)保兩大世界難題。以固體炭直接 為燃料的的MCDCFC具有效率高、污染小和噪音低等諸多優(yōu)點，是一種綠色電站， 其反應原理示意如下-
陽極C + 2CO/— — 3C02 + 4e— (1) 陰極02 + 2C02 + 4e— — 2C0:廣 (2) 總反應C + 02 — 2 C02 (3) 目前，提高MCDCFC的固體炭陽極活性的方式主要有升高溫度、減小炭粒徑和酸堿 處理等方式，升高溫度來提高炭陽極活性不僅浪費能源，而且增高了材料的耐腐 蝕和耐高溫性能；依靠減小炭粒徑來提高炭陽極活性是有限度的，也就是說炭粒 徑不能無限地減小下去。造成炭電化學活性低的主要原因是由于炭是非親水性 的，對于極性的溶劑親和力低，又由于炭的表面總會存有Na， K， Si, Al， Zn， P， N， Fe， Ca和其它一些元素，所以C032—難以同炭表面進行有效地接觸，不利于(l) 式的反應，導致炭的電化學活性較小。酸、堿處理雖然能解決上述問題，但酸處 理的殘余物可能引入酸根陰離子雜質，堿處理的殘余物可能引入堿的陽離子雜 質?？蓞㈤喭踬F領，王靜，曹殿學等，炭在熔融碳酸鹽中的直接電化學氧化性能. 高等學?；瘜W學報，2008， 29(9) :1829-1833.。
(三)
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能從而減少了炭陽極的灰分雜質，增大炭陽極的 比表面積和反應活性，同時又不引入新的雜質的以過氧化氫(H202)處理提高直 接炭燃料電池炭活性的方法。
3本發(fā)明的目的是這樣實現的
按照HA與炭的體積比為1 3: l的比例，將炭陽極在室溫下在&02中浸泡
時間0. 5 2h，其中HA的濃度為1 3M。 所述的HA是不同濃度的HA水溶液。
本發(fā)明提出了一種用&02處理提高MCDCFC炭陽極性能的方法，堿處理克服 了現有炭陽極灰分大，親水性小和比表面低等缺點，解決了 MCDCFC炭陽極放電 電流小的問題。其特征在于炭陽極在使用前用仏02進行處理，從而增大了炭陽極 的比表面積和反應活性，同時又不引入新的雜質。本發(fā)明的實質是在MCDCFC的 基礎上，通過預先對炭進行HA處理，加大了炭電化學性能，提高了炭陽極的放 電性能。
本發(fā)明的優(yōu)點在于采用HA處理MCDCFC的陽極炭，^02處理首先能清除或大 部分地清除活性炭的雜質，減少炭中的灰分雜質，進而增大炭的比表面積和總的 孔體積；第二可以使炭的表面暴露出更多的不飽和碳原子、缺陷、位錯和斷層， 這些位置有很多的未成對電子，有很強的吸附作用；第三&02處理可能氧化炭表 面的基團，產生更多的含氧基團，而這些含氧基團可以降低炭的疏水性；第四不 會由于前處理而引入新的雜質。因而能顯著提高以炭粉為燃料的MCDCFC的性能。 具體實施例方式
下面舉例對本發(fā)明做更詳細地描述
具體實施方式
1
采用HA處理炭陽極，&02與炭的體積比為2:1， H202的濃度為2M，室溫浸泡時 間lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm 02/0)2=1:2為氧 化劑，Y-LiA102膜為電解質載體隔膜，制備MCDCFC，在650。C， 0.80V電壓下， 電流密度達140mA/cm2，對應功率密度達103mW/cm2。
具體實施方式
2
采用仏02處理炭陽極，&02與炭的體積比為2:1， H202的濃度為1.5M,室溫下浸 泡時間l. 5h。以NiO為陰極(由泡沫Ni經原位氧化和鋰化獲得)，0. 5atm 02/C02=l :2 為氧化劑，Y-LiAl(y莫為電解質載體隔膜，制備MCDCFC，在700'C， 0.80V電壓 下，電流密度達145mA/cm2，對應功率密度達115mW/cm2。
具體實施方式
3先采用HC1處理炭陽極，HC1與炭的體積比為2:1， HC1的濃度為2M， 8(TC浸泡 時間lh;再采用HA處理炭陽極，HA與炭的體積比為2:1， HA的濃度為2M，室溫 下浸泡時間lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經原位氧化和鋰化獲得)，0. 5atm02/C02= l:2為氧化劑，Y-LiA102膜為電解質載體隔膜，制備MCDCFC,在70(TC， 0.85V電 壓下，電流密度達165mA/cm2，對應功率密度達132mW/cm2。
具體實施方式
4
先采用NaOH處理炭陽極，NaOH與炭的體積比為2:l， NaOH的濃度為2M， 8(TC 浸泡時間lh;再采用HA處理炭陽極，仏02與炭的體積比為2:1， HA的濃度為2M， 室溫下浸泡時間lh。以NiO為陰極(由泡沫Ni經原位氧化和鋰化獲得)，0.5atm (VC02= l:2為氧化劑，Y-LiA102膜為電解質載體隔膜，制備MCDCFC，在70(TC， 0.85V電壓下，電流密度達160mA/cm2，對應功率密度達128mW/cm2。
權利要求
1、一種以氧化氫處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法，其特征是按照H2O2與炭的體積比為1～31的比例，將炭陽極在室溫下在H2O2中浸泡0.5～2h，其中H2O2的濃度為1～3M。
2、 根據權利要求1所述的以氧化氫處理提高直接炭燃料電池炭活性的方 法，其特征是&02與炭的體積比為2:1， HA的濃度為2M，浸泡時間為lh。
3、 根據權利要求1所述的以氧化氫處理提高直接炭燃料電池炭活性的方 法，其特征是HA與炭的體積比為2:1， HA的濃度為1.5M，浸泡時間為1. 5h。
4、 根據權利要求所述的以氧化氫處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法， 其特征是先采用HC1處理炭陽極，HC1與炭的體積比為2:1， HC1的濃度為2M， 80'C浸泡時間lh;再采用^02處理炭陽極，HA與炭的體積比為2:1， HA的濃 度為2M，浸泡時間為lh。
5、 根據權利要求所述的以氧化氫處理提高直接炭燃料電池炭活性的方法， 其特征是先采用NaOH處理炭陽極，NaOH與炭的體積比為2:1， NaOH的濃度 為2M， 80。C浸泡時間lh;再采用仏02處理炭陽極，&02與炭的體積比為2:1， HA的濃度為2M，室溫下浸泡時間lh。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種以過氧化氫提高直接炭燃料電池炭活性的方法。按照H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>與炭的體積比為1～3∶1的比例，將炭陽極在室溫下浸泡時間0.5～2h，其中H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>的濃度為1～3M。本發(fā)明提出了一種用H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>處理提高MCDCFC炭陽極性能的方法，H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>處理克服了現有炭陽極灰分大，親水性小和比表面低等缺點，并且不會給炭陽極引入任何的雜質，解決了MCDCFC炭陽極放電電流小的問題。其特征在于炭陽極在使用前用H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>進行處理，從而減少了炭陽極的灰分雜質，增大了炭陽極的比表面積和反應活性。
文檔編號C01B31/02GK101462715SQ20091007124
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權日2009年1月9日
發(fā)明者曹殿學, 王貴領 申請人:哈爾濱工程大學