专利名称：改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极及其制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池的催化电极，特别是涉及一种能够提高电极反应速度及电池的能量转化效率，有利于阴极对电子吸附能力的改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极及其制作方法。
背景技术：
燃料电池是将化学能直接转换为电能和热能的新型电池，其与常规电池的不同之处在于，只要有燃料和氧化化剂供给，就会有持续不断的电力输出。它因能量转换效率高、无污染、启动快、电池寿命长、比功率、比能量高等优点，而在固定发电系统、现场用电源、分布式电源、空间飞行器电源及交通工具用电源方面有广阔的应用前景，如燃料电池已成为全球各主要汽车生产企业的研发重点，并已取得了长足进步。随着电子和通讯技术的飞速发展，手机、PDA、数码相机、笔记本电脑等数码产品已广泛进入人们的生活中，但目前存在的主要难题是电源问题，一块手机电池只能维持几天时间，笔记本电脑的电池也就几个小时，而与传统电池相比，燃料电池的能量至少要高10倍。目前燃料电池主要包括碱性燃料电池磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化次燃料电池、质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池等，不管何种燃料电池，其结构中都必然包括阳极、阴极和位于阳极和阴极之间的电解质。由于燃料电池在工作时进行的是一种电化学反应，通常情况下电极反应的过程是十分缓慢的，为此人们采用催化电极来促进或抑制在电极上发生的电子转移反应。现有的阳极催化电极主要采用以下几种方式
一、氢～氧燃料电池，在应用中一般采用贵金属铂金作为催化电极材料，才能使催化性能和效果提高和使阴极上氧化的还原过程具有很大的电化学极化。而使用其他金属作为催化电极，则电池的电压、效率和电池输出功率将损失40％左右。氢～氧燃料电池的催化对象是氢(H2)，而氢燃料在使用、运输、储存方面存在一定安全隐患，且催化电极在材料及使用方面价格昂贵。
二、锌-空燃料电池，其采用锌合金为阳极，氢氧化钾(KOH)为电解质，使用时会产生严重的环境污染。
由于上述问题的存在，使得燃料电池的实际应用受到限制。
发明内容本发明旨在解决上述问题，而提供一种能够提高电极反应速度及电池的能量转化效率，有利于阴极对电子吸附能力，使用安全，无污染，生产成本低的改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极。
本发明的目的还在于提供该催化电极的制作方法。
为实现上述目的，本发明提供一种改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极，其特征在于，该阳极催化电极为活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅的混合物。
阳极催化电极各组分的重量百分比含量为活性炭6～14二氧化锰 52～72石墨 14～22氧化硅4～12。
优选地，该阳极催化电极的重量百分比含量为活性炭10二氧化锰 65
石墨 17氧化硅8。
催化电极各组分的混合物与粘接剂混合制成薄膜状电极，催化电极的薄膜厚度为0.5-0.8mm，所述粘接剂为聚四氟乙烯和乳化剂。
本发明也提供了阳极催化电极的制备方法，该方法包括如下步骤a、将重量百分比含量为6～14％的活性炭、52～72％的二氧化锰及4～12％的氧化硅混合后在球磨机内磨成粉状，并与14～22％的石墨混合；b、将粘接剂用蒸馏水稀释后与步骤(a)的混合物混合、搅拌均匀后烘干；c、烘干后的混合物用丙酮抽脂洗涤、烘烤并膨化，最后压制成薄膜。
步骤b中所述粘接剂为聚四氟乙烯和乳化剂。
本发明的贡献在于，它有效克服了现有技术的缺陷。由活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅等制成的阳极催化电极具有透气性、导电性、憎水性和对镁合金、铝合金金属阳极催化性，它能有效提高电极反应速度及电池的能量转化效率，有利于阴极对电子吸附能力，且使用安全，用镁合金代替贵金属可有效降低生产成本。
具体实施方式下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
本发明的改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极是多种非金属材料的混合物，本例中，该阳极催化电极由活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅按如下最佳配比(重量％)混合而成活性炭10二氧化锰 65石墨 17氧化硅8。
上述各组分的混合物与组成的粘接剂混合制成厚度为0.7mm的薄膜状电极。
该阳极催化电极的具体制备方法如下a、取1份(重量)活性炭、6份二氧化锰及1份氧化硅混合后放入玛瑙陶瓷球磨机内磨成粉状，球磨后的混合物粒度直径5-20μm。再将上述三种组分的混合物与2份(重量)石墨混合；b、将聚四氟乙烯与OP-10乳化剂配制成适量粘接剂，用蒸馏水稀释后与步骤(a)的混合物混合并搅拌均匀后，在恒温烘箱容器内将蒸馏水烘干，形成催化电极材料；c、烘干后的催化电极材料，用丙酮抽脂洗涤，除去其中的杂质，并在恒温烘箱容器内将丙酮蒸发，同时使催化电极材料膨化。
d、将膨化的催化电极材料用恒温机械硫化后经辊压制成厚度为0.7mm薄膜。
此薄膜状催化电极与镀银铜网、防水透气膜结合，构成改性铝、镁合金燃料电池的空气电极，因本发明仅涉及催化电极，因此对空气电极结构不再详述。
权利要求
1.一种改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极，其特征在于，该阳极催化电极为活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅的混合物。
2.如权利要求1所述的改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极，其特征在于，所述阳极催化电极各组分的重量百分比含量为活性炭6～14二氧化锰 52～72石墨 14～22氧化硅4～12。
3.如权利要求2所述的改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极，其特征在于，所述阳极催化电极各组分的最佳重量百分比含量为活性炭 10二氧化锰65石墨17氧化硅 8。
4.如权利要求3所述的改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极，其特征在于，所述催化电极各组分的混合物与粘接剂混合制成薄膜状电极。
5.如权利要求4所述的改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极，其特征在于，所述粘接剂为聚四氟乙烯和乳化剂。
6.如权利要求4所述的改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极，其特征在于，所述催化电极的薄膜厚度为0.5-0.8mm。
7.一种如权利要求1所述阳极催化电极的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤a、将重量百分比为6～14％的活性炭、重量百分比为52～72％二氧化锰及重量百分比为4～12％的氧化硅混合后在球磨机内磨成粉状，并与重量百分比为14～22％的石墨混合；b、将粘接剂用蒸馏水稀释后与步骤(a)的混合物混合、搅拌均匀后烘干；c、烘干后的混合物用丙酮抽脂洗涤、烘烤并膨化，最后压制成薄膜。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中所述粘接剂为聚四氟乙烯和乳化剂。
全文摘要
一种改性铝、镁合金燃料电池的阳极催化电极及其制作方法，阳极催化电极为活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅的混合物，各组分的重量百分比含量为活性炭6～14，二氧化锰52～72，石墨14～22，氧化硅4～12。制作方法包括a.将活性炭、二氧化锰及氧化硅混合后在球磨机内磨成粉状，并与石墨混合；b.将粘接剂用蒸馏水稀释后与步骤(a)的混合物混合、搅拌均匀后烘干；c.烘干后的混合物用丙酮抽脂洗涤、烘烤并膨化，最后压制成薄膜。本发明的阳极催化电极能够提高电极反应速度及电池的能量转化效率，有利于阴极对电子吸附能力，使用安全，无污染，生产成本低。
文档编号H01M4/88GK101017897SQ200710073290
公开日2007年8月15日 申请日期2007年2月7日 优先权日2007年2月7日
发明者施建, 石辉, 马润芝 申请人:施建, 石辉, 马润芝