将上述泥状物质分别揉捏均匀，在辊压机上滚压成指定2?4mm厚度的多孔碳薄层；
[0028]7)制作好多孔碳薄层后，将其分别平铺在镍网上，然后在辊压机上将其滚压固定，直到最终厚度为3?5mm，即可制得多孔碳与甲基紫精溶液的质量比分别为1: 1，1:2和1:3的碱性燃料电池阳极。
[0029]上述制得的电池阳极可根据自身电池尺寸自行剪裁。
[0030]实施例2:不同阳极所对应的功率密度曲线
[0031]图2所示为三种不同阳极所对应的电池的功率密度曲线。图中方块表示电池阳极为镍网表面覆盖一层2_厚的多孔碳薄膜(制作步骤除了不加甲基紫精外和I)、2)、3)、4)步骤相同)；图标圆圈表示电池阳极为镍网，电池溶液中加入15mM的甲基紫精；三角形表示电池阳极为将实施例1制备的多孔碳与甲基紫精溶液的质量比为1:1的将甲基紫精固定于镍网制备得到的阳极。图中实心图标表示电压的变化趋势，对应的空心图标表示电流密度和功率密度的变化趋势。所用电池为双室葡萄糖燃料电池，电池中葡萄糖浓度均为1M, KOH浓度均为3M。如图2所示，对应于不同的阳极，功率密度分别是0.42W/m2、9.5W/m2、和14.84W/m2。可以看出，与镍网阳极和不固定甲基紫精镍网阳极相比，实施例1制备的多孔碳与甲基紫精溶液的质量比为1:1的电池阳极可大幅度提高电池性能。其原因在于与其他阳极相比，将甲基紫精固定于镍网阳极，不仅有利于葡萄糖的彻底氧化以及副产物的形成，而且甲基紫精直接将电子传递到镍网，可以最大限度的减小扩散过程。因此，对提高电池性能有较大作用。
[0032]实施例3:不同阳极所对应电池的极化曲线
[0033]图3所示为对应于不同阳极电池的极化曲线，图示方块表示电池阳极为镍网表面覆盖一层2_厚的多孔碳薄膜(制作步骤除了不加甲基紫精外和1)、2)、3)、4)步骤相同)；图示圆圈表示电池阳极为镍网，电池溶液中加入15mM的甲基紫精；三角形表示电池阳极为将实施例1制备的多孔碳与甲基紫精溶液的质量比为1:1的将甲基紫精固定于镍网制备得到的阳极。其开路电压分别为0.2272V、0.7435V和0.7718V。电池的极化曲线可以表示电池的好坏，电池的极化曲线斜率越小，即曲线越平缓，表明电池电极的极化程度越小，相应的电极受到的阻碍也越小，电池性能越优越，从图三可以看出，实施例1制备的多孔碳与甲基紫精溶液的质量比为1:1的电池阳极，与其他两个阳极的极化曲线结果对比表明，自制的阳极可以减小电池的极化曲线斜率，也就是该阳极较其他两种阳极可有效地提高电池性會K。
[0034]实施例4:同一阳极的稳定性测试
[0035]图4测得的功率密度曲线所用阳极由实施例1所制得，阳极多孔碳与甲基紫精溶液的质量比为1:1，多孔碳与60%聚四氟乙烯乳液的质量比也是1:0.5，用上述阳极测试葡萄糖燃料电池的功率密度曲线，其中葡萄糖和KOH溶液的浓度分别为IM和3M。如下图所示，第一次测试电池的开路电压和最大功率密度分别是0.7957V和14.33W/m2;第二、三、四次的测试结果显示电池的开路电压和最大功率密度分别是0.7705V、0.8036V、0.7718V和14.63W/m2、14.33W/m2和14.83W/m2。从上述实验结果可以看出，制作的阳极稳定性能良好，实用性较高。
[0036]实施例5:多孔碳与甲基紫精溶液不同浓度比所对应的功率密度曲线
[0037]图5所示测得的功率密度所对应的电池阳极由实施例1制备所得，图标方块表示阳极中多孔碳与30mM甲基紫精溶液的质量比为1:3，图标三角形表示阳极中多孔碳与30mM甲基紫精溶液的质量比为1:2，图中实心图标表示电压的变化趋势，空心图标表示电池功率密度和电流密度的变化趋势。两种多孔碳与紫晶溶液浓度比不同的阳极，除了浓度比不同夕卜，其他条件与制备步骤均与实施例1制备的阳极相同。从图5的测试结果可以看出，对应于多孔碳与30mM甲基紫精溶液的质量比为1:2和1:3的阳极，电池的开路电压分别为0.8253V 和
[0038]0.8251V,电池所对应的最大功率密度分别为18.19W/m2、和21.08W/m2。与上述多孔碳:30mM甲基紫精溶液质量比为1:1的阳极相比，电池的最大功率密度随着多孔碳与甲基紫精溶液的比率的增加而增大，而电池的开路电压则可以达到0.8V以上。如图5所示，我们测得的最大功率密度所对应的阳极为1:3，因此可以看出，适当增加电池阳极中甲基紫精的含量，可以提高电池性能。
【主权项】
1.一种碳水化合物碱性燃料电池阳极；紫精化合物固定于镍网上，从空气侧至电解液侧依次由金属镍层和多孔碳层两层薄膜组成。
2.一种以碳水化合物为燃料的碱性燃料电池阳极的制备方法，其特征在于步骤如下: 1)按多孔碳与甲基紫精溶液的质量比为1:1?3的比例称取多孔碳粉末与甲基紫精溶液，加入无水乙醇，直到无水乙醇将多孔碳粉末与甲基紫精溶液的混合物浸没并高出多孔碳粉末与甲基紫精溶液的混合物I?2cm的高度，然后超声、搅拌25?30分钟，使多孔碳与甲基紫精在无水乙醇中充分混合； 2)向上述溶液中滴加60%的聚四氟乙烯乳液，使多孔碳与60%的聚四氟乙烯乳液的质量比为1:0.5?0.8，然后继续超声搅拌25?30分钟至充分混匀； 3)取镍网，将其放入上述混合均匀的溶液中，使镍网被完全浸没，放置25?30分钟后用镊子取出镍网，并使其自然风干，剩余的混合物留待备用； 4)将上述剩余混合物置于80?100°C水浴锅中进行水浴加热，并不断地进行搅拌，直到混合物可以用玻璃棒挑起、成粘稠的泥状物质； 5)将上述泥状物质揉捏均匀，在辊压机上滚压成指定2?4mm厚度的多孔碳薄层； 6)制作好多孔碳薄层后，将其平铺在镍网上，然后在辊压机上将其滚压固定，直到最终厚度为3?5_，即可制得上述碱性燃料电池阳极。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述甲基紫精浓度为I?30mM。
【专利摘要】本发明一种碳水化合物碱性燃料电池阳极及其制作方法；一种将紫精化合物与镍网在碱性介质中对碳水化合物的催化作用相结合而制备的阳极，使紫精化合物固定于镍网上，既提高了镍网的催化活性，又消除了紫精化合物对环境的污染。从空气侧至电解液侧依次由金属镍层和多孔碳层两层薄膜组成。该制备工艺利用极性的多孔碳和非极性的聚四氟乙烯所创建的微环境，把甲基紫精固定在镍网上，实现了甲基紫精的重复利用，大大降低了甲基紫精带来的生态环境风险；这种复合电极结构能使镍网与电解质溶液相接触，增加液固两相界面催化活性位；将金属镍、多孔碳与甲基紫精对碳水化合物氧化反应的催化作用结合起来，提高了碳水化合物电池的电化学性能。
【IPC分类】H01M4-88, H01M4-90, H01M4-86
【公开号】CN104538641
【申请号】CN201410822827
【发明人】刘宪华, 杨玉楼
【申请人】天津大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月25日