本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及到一种一步法制备电沉积钴活性炭阳极的方法。
背景技术：
随着能源需求的快速增长，全球工业化和日益严重的环境问题，新能源的开发越来越迫切。作为一个典型的高效、环保的替代能源，近年来燃料电池备受关注。碳水化合物是高能量密度的氢载体之一，具有解决储氢问题的潜力，其中葡萄糖尤其备受关注。葡萄糖燃料电池主要分为三种类型：直接的葡萄糖碱性燃料电池(dgafc)，微生物燃料电池(mgfc)、葡萄糖和酶葡萄糖燃料电池(egfc)。与mgfc和egfc相比，dgafc具有稳定性高的优点，dgafc相当耐用，结构简单。然而，成本高、金属催化剂易中毒和低反应动力学这三大问题阻碍了dgafc的发展。
在燃料电池的电极制备中，常常会采用掺杂金属催化剂的方式来提升电极性能，但往往催化剂的制作步骤繁杂且不易控制，比较耗费时间和精力。相比于催化剂掺杂的方式，运用电沉积的方式，可以通过将电极浸泡在金属盐溶液中进行电镀，迅速在电极上沉积出所需要的金属，得到与电极结合牢固、致密的、能够实用的沉积层。
金属钴自从被发现以来，因为其廉价易得、耐腐蚀、强磁性、熔点高等特点广泛应于各种电化学催化实验中。钴的冶炼基本采用湿法冶炼技术,而其中电沉积钴是湿法冶炼提取钴的重要部分。在含钴的电极研究中，过去常常采用铅基合金阳极、石墨阳极或惰性钴合金阳极,但这几类阳极存在过电位高、易腐蚀且污染阴极产品等缺点。因此，减少钴被腐蚀的可能性、制备高性能不溶性阳极的研究一直是科研工作者关心的重点。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种一步法制备电沉积钴活性炭阳极的方法。
本发明的技术方案概述如下：
一步法制备电沉积钴活性炭阳极的方法，包括如下步骤：
(1)在顶壁设置有参比电极插孔和对电极插孔，侧壁上设置有侧壁孔的沉积容器的侧孔上设置泡沫镍，泡沫镍连接有镍丝；向所述沉积容器内加入0.05m～0.2m的硝酸钴水溶液100ml～500ml；将参比电极插入参比电极插孔内，将对电极插入对电极插孔内；将镍丝、参比电极和对电极与电化学工作站连接，使沉积电压为-0.6v～-1.2v，沉积600s～1200s，将一侧进行了沉积的泡沫镍取出，自然风干；
(2)称取活性炭粉末1～2g与无水乙醇20～40ml混合，超声搅拌25～30min，滴加0.5～1g的60％聚四氟乙烯乳液，超声搅拌25～30min混匀，在70～90℃的水浴中加热20～30min，得到泥状混合物，平铺在泡沫镍进行沉积的一侧，用辊压机压至厚度为4～6mm，自然风干，得到电沉积钴活性炭阳极。
优选地，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂丝。
本发明的优点：
1.本发明的方法生产工艺简单、不需要价格高昂的贵金属或电子传递体、生产效率高、所需设备少、成本低，适合小规模或大规模生产；
2.在三维结构的泡沫镍网上电沉积钴，能够充分发挥泡沫镍三维立体结构表面积大的特点，也能让压在泡沫镍上的活性炭与沉积的钴充分接触，增强电极的导电性和催化性。
3.在沉积钴的一侧通过辊压法辊压上活性炭层，在一定程度上能够减少钴与电解液的接触，降低钴被腐蚀的可能性，从而提高阳极的应用寿命。
4.将辊压法用于制备电沉积钴的燃料电池中，在葡萄糖碱性燃料电池中成功应用并得到了良好的性能。
附图说明
图1为制备电沉积钴活性炭阳极的装置示意图。
图2为不同硝酸钴沉积浓度对应的阳极线性扫描伏安(lsv)曲线。
图3为不同硝酸钴沉积时间对应的阳极线性扫描伏安(lsv)曲线。
图4为不同硝酸钴沉积电压对应的阳极线性扫描伏安(lsv)曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作出进一步的说明。
制备电沉积钴活性炭阳极的装置，包括沉积容器6，在沉积容器6的顶壁上设置有参比电极插孔8，对电极插孔9，在沉积容器6的侧壁上设置有侧壁孔11，在沉积容器的侧壁孔上设置泡沫镍5，泡沫镍连接有镍丝7，垫圈4横向压住泡沫镍5，垫片3压住垫圈4，固定板1压住垫片3，螺栓2依次穿过固定板上的小孔，垫片上的小孔和沉积容器的小孔，用螺母10拧紧。
上述装置描述是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。
参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂丝。
实施例1
一步法制备电沉积钴活性炭阳极的方法，包括如下步骤：
(1)在顶壁设置有参比电极插孔和对电极插孔，侧壁上设置有侧壁孔的沉积容器的侧孔上设置泡沫镍，泡沫镍直径为3cm的圆，泡沫镍连接有镍丝；向所述沉积容器内加入0.1m的硝酸钴水溶液250ml；将参比电极插入参比电极插孔内，将对电极插入对电极插孔内；将镍丝、参比电极和对电极与电化学工作站连接，使沉积电压为-0.8v，沉积800s，将一侧进行了沉积的泡沫镍取出，自然风干12h；
(2)称取活性炭粉末1g与无水乙醇20ml混合，超声搅拌30min，滴加0.5g的60％聚四氟乙烯乳液，超声搅拌30min混匀，在80℃的水浴中加热20min，得到泥状混合物，平铺在泡沫镍进行沉积的一侧，用辊压机压至厚度为5mm，自然风干9h，得到电沉积钴活性炭阳极。
用0.05m的硝酸钴水溶液替代本实施例的0.1m的硝酸钴水溶液，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
用0.15m的硝酸钴水溶液替代本实施例的0.1m的硝酸钴水溶液，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
用0.2m的硝酸钴水溶液替代本实施例的0.1m的硝酸钴水溶液，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
实施例2
测试电解液是7ml的3m氢氧化钾和7ml的3m葡萄糖溶液，待溶液平衡12h后进行测试。lsv可以反映出电流大小从而反映电池性能，电流越大，性能越好，观察到在不同沉积液浓度(0.05m、0.1m、0.15m、0.2m硝酸钴水溶液)的条件下，在施加电压为-0.4v时，阳极对应的电流大小(性能高低)的排列顺序为：0.1m>0.15m>0.2m>0.05m>空白阳极(即对照组，除泡沫镍未进行电沉积钴的操作外，制备过程与其他组实验相同)，见图2。
实施例3
一步法制备电沉积钴活性炭阳极的方法，包括如下步骤：
(1)在顶壁设置有参比电极插孔和对电极插孔，侧壁上设置有侧壁孔的沉积容器的侧孔上设置泡沫镍，泡沫镍直径为3cm的圆，泡沫镍连接有镍丝；向所述沉积容器内加入0.1m的硝酸钴水溶液100ml；将参比电极插入参比电极插孔内，将对电极插入对电极插孔内；将镍丝、参比电极和对电极与电化学工作站连接，使沉积电压为-0.8v，沉积800s，将一侧进行了沉积的泡沫镍取出，自然风干12h；
(2)称取活性炭粉末2g与无水乙醇40ml混合，超声搅拌30min，滴加1g的60％聚四氟乙烯乳液，超声搅拌25min混匀，在70℃的水浴中加热30min，得到泥状混合物，平铺在泡沫镍进行沉积的一侧，用辊压机压至厚度为4mm，自然风干6h，得到电沉积钴活性炭阳极。
用沉积600s替代本实施例的800s，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
用沉积1000s替代本实施例的800s，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
用沉积1200s替代本实施例的800s，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
实施例4
测试电解液是7ml的3m氢氧化钾和7ml的3m葡萄糖溶液，待溶液平衡12h后进行测试。lsv可以反映出电流大小从而反映电池性能，电流越大，性能越好，可以观察到在不同沉积时间(600s、800s、1000s、1200s)条件下，在施加电压为-0.4v时，阳极对应的电流大小(性能高低)的排列顺序为：800s>1000s>1200s>600s>空白阳极，见图3。
实施例5
一步法制备电沉积钴活性炭阳极的方法，包括如下步骤：
(1)在顶壁设置有参比电极插孔和对电极插孔，侧壁上设置有侧壁孔的沉积容器的侧孔上设置泡沫镍，泡沫镍直径为3cm的圆，泡沫镍连接有镍丝；向所述沉积容器内加入0.1m的硝酸钴水溶液500ml；将参比电极插入参比电极插孔内，将对电极插入对电极插孔内；将镍丝、参比电极和对电极与电化学工作站连接，使沉积电压为-0.8v，沉积800s，将一侧进行了沉积的泡沫镍取出，自然风干12h；
(2)称取活性炭粉末1g与无水乙醇20ml混合，超声搅拌25min，滴加0.5g的60％聚四氟乙烯乳液，超声搅拌30min混匀，在90℃的水浴中加热20min，得到泥状混合物，平铺在泡沫镍进行沉积的一侧，用辊压机压至厚度为6mm，自然风干12h，得到电沉积钴活性炭阳极。
用沉积-1.0v替代本实施例的-0.8v，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
用沉积-0.6v替代本实施例的-0.8v，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
用沉积-1.2v替代本实施例的-0.8v，其它同本实施例，制备得到电沉积钴活性炭阳极。
实施例6
测试电解液是7ml的3m氢氧化钾和7ml的3m葡萄糖溶液，待溶液平衡12h后进行测试。lsv可以反映出电流大小从而反映电池性能，电流越大，性能越好，可以观察到在不同沉积电压(-0.8v，-1.0v，-0.6v，-1.2v)条件下，在施加电压为-0.4v时，阳极对应的电流大小(性能高低)的排列顺序为：-0.8v>-0.6v>-1.0v>-1.2v>空白阳极，见图4。
60％聚四氟乙烯乳液厂商：上海河森电气有限公司。
电化学工作站厂商及型号：上海辰华仪器有限公司chi-660e。