CN110350215B - 一种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法。其技术方案是包括以下步骤：一、将纳米锡粉和纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，控制釜温，通过混合搅拌，充分混合均匀；二、与酚醛树脂粉末按比例在搅拌釜内混合，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂充分混合均匀；将混合好的混合物炭化，粉碎所得5‑30um的料经高温石墨化后制得阴极支撑体材料。有益效果是：通过该种方法可以制造出异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料，该材料制造的阴极支撑体，具有收缩率低、变形量小、石墨化度高、电导率高、力学性能好等特点，使用寿命是常规阴极支撑体的2‑3倍，该异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料也可以完全替代中间相碳微球和石墨。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池阴极支撑体材料的制备，特别涉及一种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法。
背景技术
直接乙醇燃料电池(Direct Ethanol Fuel Cell，DEFC)作为新一代清洁能源受到越来越多的重视。它具有清洁高效、比能量高、结构简单等优点。目前的研究主要集中在单电池实验阶段，电池多为平板型结构，这导致DEFC体积庞大、成本较高、燃料运输和水热管理困难等问题。针对平板型直接乙醇燃料电池DEFC的不足，制备了一种异型的直接乙醇燃料电池。
该异型直接乙醇燃料电池（DEFC）阳极选用石墨板或石墨管结构，催化剂为水热法合成的Pt—SnO2/C催化剂；而异型直接乙醇燃料电池（DEFC）的阴极支撑体采用凝胶注模成型工艺，掺杂一定比例的石墨粉和中间相碳微球(MCMB)制备而成。其存在的问题是：中间相碳微球由于具有***结性质，在烧结过程中颗粒发生融合并形成烧结体，烧结后的孔隙发生融合，小孔隙融合形成大孔隙，并出现烧结颈，在烧结中容易变形和开裂；石墨添加是减少收缩与变形的，制成的阴极支撑体使用寿命短，难以满足市场需要，因此，就需要一种新的可以替代中间相碳微球和石墨的材料来制备阴极支撑体。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，通过纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂混合再炭化，可以制造出异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料，可以替代中间相碳微球和石墨的材料来制备阴极支撑体，制成的阴极支撑体收缩率小、变形量小，使用寿命更长。
其技术方案是包括以下步骤：
一、将45-55份纳米锡粉和4-6份纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，控制釜温60-80℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度420r/min，混合时间10-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒充分混合均匀；在纳米锡粉中添加纳米SiO2颗粒可以控制纳米锡粉在直接乙醇燃料电池工作过程中降低纳米锡粉的体积膨胀和收缩，使纳米锡粉不被粉化，保证电池活性材料的稳定性及提高电池的反应放电效率和循环性能；
二、将50-60份混合均匀的纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂粉末按质量比为38.5-42.5：100的比例在搅拌釜内混合，控制釜温60-70℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度500r/min，混合时间9-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂充分混合均匀；将混合好的混合物置入炭化炉中在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至800-900℃进行炭化，炭化时间6.5-8小时，炭化好所得的热解炭经过粉碎分级机粉碎分级后，所得5-30um的料经2800℃高温石墨化后制得石墨化炭，此石墨化炭是一种优良的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料。
优选的，步骤二中的酚醛树脂粉末采用5-30um的酚醛树脂粉末。
优选的，步骤二中，所得5-30um的料至入石墨化炉内，在抽真空状态下按10-15℃/min升温速率加热至2800℃，恒温2-3小时制得石墨化炭。
优选的，上述纳米锡粉的制备方法如下：
一、分别配制5500-6500份的0.1mol/L的SnCl4溶液、7500-8500份的0.2mol/L的NaBH4溶液、15000份的0.05mol/L的聚乙二醇600溶液，将配制的聚乙二醇600溶液用离心泵打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，将配制好的0.1mol/L的SnCl4溶液用离心泵打入到反应釜内与聚乙二醇600溶液混合，控制反应时间3.5-4小时，反应釜内产生灰色的沉淀，将反应釜内的混合液采用离心分离机离心分离，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内；
二、在搅拌釜内添加蒸馏水，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，水洗2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，再次采用蒸馏水水洗，如此水洗多遍，将水洗后的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除无水乙醇溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干10小时，再采用研磨机研磨得纳米锡粉。
优选的，步骤一中，按200升/分钟的添加量往反应釜内喷入NaBH4溶液，喷入完成后控制反应时间3.5-4小时。
步骤二中，再次采用蒸馏水水洗，如此水洗5遍，将水洗后的纳米锡颗粒置入搅拌釜内.
优选的，上述的纳米SiO2颗粒的制备方法如下：
一、将450-550份的环己烷、聚乙二醇辛基苯基醚、正己醇打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度320r/min，使三种溶液混合均匀，添加蒸馏水至混合液透明，再添加3.5份的浓氨水调节混合液PH为10左右，搅拌0.5小时，按10升/分钟的添加量往反应釜内喷入45-55份的正硅酸乙酯，反应8小时后，得到含有纳米SiO2颗粒的混合液；
二、采用离心分离机分离混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，再次采用无水乙醇洗涤，如此洗涤多遍，将洗涤后的纳米SiO2颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干8小时，再将炭化炉在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至300℃将炉内纳米SiO2颗粒煅烧6小时，自然冷却，再采用研磨机研磨得纳米SiO2颗粒。
优选的，步骤二中，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时。
优选的，步骤二中，再次采用无水乙醇洗涤，如此洗涤多遍，将洗涤后的纳米SiO2颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干8小时。
本发明的有益效果是：采用纳米锡粉和纳米SiO2颗粒按比例混合，在纳米锡粉中添加纳米SiO2颗粒可以控制纳米锡粉在直接乙醇燃料电池工作过程中降低纳米锡粉的体积膨胀和收缩，使纳米锡粉不被粉化，保证电池活性材料的稳定性及提高电池的反应放电效率和循环性能；
将混合好的纳米锡粉和纳米SiO2颗粒，与酚醛树脂混合，之后采用将混合好的混合物置入炭化炉中在真空状态下进行炭化，炭化好所得的热解炭经过粉碎分级机粉碎分级后，所得5-30um的料经2800℃高温石墨化后制得的石墨化炭，此石墨化炭是一种优良的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料；通过该种方法可以制造出异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料产品，使用该种阴极支撑体材料制造的阴极支撑体，具有收缩率低、变形量小、石墨化度高、电导率高、力学性能好等特点，使用寿命是常规阴极支撑体的2-3倍，该异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料也可以完全替代中间相碳微球和石墨。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，本发明提到的一种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，包括以下步骤：
一、分别配制6000份的0.1mol/L的SnCl4溶液、8000份的0.2mol/L的NaBH4溶液、15000份的0.05mol/L的聚乙二醇600溶液，将配制的聚乙二醇600溶液用离心泵打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度450r/min，将配制好的0.1mol/L的SnCl4溶液用离心泵打入到反应釜内与聚乙二醇600溶液混合，按200升/分钟的添加量往反应釜内喷入NaBH4溶液，喷入完成后，控制反应时间3.5-4小时，反应釜内产生灰色的沉淀，将反应釜内的混合液采用离心分离机离心分离，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内；在搅拌釜内添加蒸馏水，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，水洗2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，再次采用蒸馏水水洗，如此水洗4遍，将水洗后的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除无水乙醇溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干10小时，再采用研磨机研磨得纳米锡粉。
二、将500份的环己烷、聚乙二醇辛基苯基醚、正己醇打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度320r/min，使三种溶液混合均匀，添加蒸馏水至混合液透明，再添加3.5份的浓氨水调节混合液PH为10左右，搅拌0.5小时，按10升/分钟的添加量往反应釜内喷入50份的正硅酸乙酯，反应8小时后，得到纳米SiO2颗粒；采用离心分离机分离混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，再次采用无水乙醇洗涤，如此洗涤4遍，将洗涤后的纳米SiO2颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干8小时，再将炭化炉在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至300℃将炉内纳米SiO2颗粒煅烧6小时，自然冷却，再采用研磨机研磨得纳米SiO2颗粒；
三、将50份纳米锡粉和5份纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，控制釜温60-80℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度420r/min，混合时间10-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒充分混合均匀；在纳米锡粉中添加纳米SiO2颗粒可以控制纳米锡粉在直接乙醇燃料电池工作过程中降低纳米锡粉的体积膨胀和收缩，使纳米锡粉不被粉化，保证电池活性材料的稳定性及提高电池的反应放电效率和循环性能；
四、将55份混合均匀的纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂粉末按质量比为40：100的比例在搅拌釜内混合，控制釜温60-70℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度500r/min，混合时间9-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂充分混合均匀；将混合好的混合物置入炭化炉中在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至800-900℃进行炭化，炭化时间6.5-8小时，炭化好所得的热解炭经过粉碎分级机粉碎分级后，所得5-30um的料经2800℃高温石墨化后制得石墨化炭，此石墨化炭是一种优良的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料。
该种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料技术指标如下：
| D50(um) | 振实密度（g/cm<sup>3</sup>） | 粉末压实密度（g/cm<sup>3</sup>） | 真密度（g/cm<sup>3</sup>） | 比表面积（m<sup>2</sup>/g） | 电阻率（Ω.cm） |
| 18±2.0 | ≥1.41 | ≥1.95 | 2.43±0.03 | 0.71±0.5 | 0.0206 |
其中，D50：采用粒度分析仪测定，得到该阴极支撑体材料累计50%点的直径为18±2.0um。（2）振实密度：采用振实密度仪测定，得到该阴极支撑体材料的振实密度为≥1.41g/cm3。（3）粉末压实密度：采用粉末压实密度测试仪测试，得到该阴极支撑体材料的粉末压实密度为≥1.95g/cm3。（4）真密度：采用真密度测定仪测试，得到该阴极支撑体材料的真密度为2.43±0.03g/cm3。（5）比表面积：采用比表面积分析仪测试，得到该阴极支撑体材料的比表面积为0.71±0.5m2/g。（6）电阻率：通过电阻率测定仪测量，经测量得到，该阴极支撑体材料的电阻率为0.0206Ω.cm。
通过该种方法可以制造出异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料，使用该种阴极支撑体材料制造的阴极支撑体的性能测试指标如下：
（1）孔隙率：采用阿基米德排水法测定，得到该阴极支撑体材料的孔隙率为42.21%，孔隙均匀分布；（2）电阻率：通过电阻率测定仪测量，经测量得到，该阴极支撑体材料的电阻率为0.0206Ω.cm；（3）力学性能：采用万能试验机的三点弯曲试验测定抗折强度，抗压强度采用压匮试验测定，经测量得到，阴极支撑体材料的抗折强度6.61 MPa，抗压强度18.96MPa；（4）经极限测试，使用寿命是常规阴极支撑体的2.5倍；（5）经过收缩率测试仪测试收缩率，通过变形量测试仪测试变形量，收缩率和变形量二者均小于中间相碳微球/石墨的收缩率和变形量。另外具有石墨化度高、电导率高、力学性能好等特点，完全可以替代中间相碳微球/石墨。
实施例2，本发明提到的一种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，包括以下步骤：
一、分别配制5500份的0.1mol/L的SnCl4溶液、7500份的0.2mol/L的NaBH4溶液、15000份的0.05mol/L的聚乙二醇600溶液，将配制的聚乙二醇600溶液用离心泵打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度450r/min，将配制好的0.1mol/L的SnCl4溶液用离心泵打入到反应釜内与聚乙二醇600溶液混合，按200升/分钟的添加量往反应釜内喷入NaBH4溶液，喷入完成后，控制反应时间3.5-4小时，反应釜内产生灰色的沉淀，将反应釜内的混合液采用离心分离机离心分离，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内；在搅拌釜内添加蒸馏水，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，水洗2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，再次采用蒸馏水水洗，如此水洗4遍，将水洗后的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除无水乙醇溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干10小时，再采用研磨机研磨得纳米锡粉。
二、将450份的环己烷、聚乙二醇辛基苯基醚、正己醇打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度320r/min，使三种溶液混合均匀，添加蒸馏水至混合液透明，再添加3.5份的浓氨水调节混合液PH为10左右，搅拌0.5小时，按10升/分钟的添加量往反应釜内喷入45份的正硅酸乙酯，反应8小时后，得到纳米SiO2颗粒；采用离心分离机分离混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，再次采用无水乙醇洗涤，如此洗涤4遍，将洗涤后的纳米SiO2颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干8小时，再将炭化炉在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至300℃将炉内纳米SiO2颗粒煅烧6小时，自然冷却，再采用研磨机研磨得纳米SiO2颗粒；
三、将45份纳米锡粉和4份纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，控制釜温60-80℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度420r/min，混合时间10-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒充分混合均匀；在纳米锡粉中添加纳米SiO2颗粒可以控制纳米锡粉在直接乙醇燃料电池工作过程中降低纳米锡粉的体积膨胀和收缩，使纳米锡粉不被粉化，保证电池活性材料的稳定性及提高电池的反应放电效率和循环性能；
四、将50份混合均匀的纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂粉末按质量比为38.5：100的比例在搅拌釜内混合，控制釜温60-70℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度500r/min，混合时间9-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂充分混合均匀；将混合好的混合物置入炭化炉中在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至800-900℃进行炭化，炭化时间6.5-8小时，炭化好所得的热解炭经过粉碎分级机粉碎分级后，所得5-30um的料经2800℃高温石墨化后制得石墨化炭，此石墨化炭是一种优良的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料。
该种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料技术指标如下：
| D50(um) | 振实密度（g/cm<sup>3</sup>） | 粉末压实密度（g/cm<sup>3</sup>） | 真密度（g/cm<sup>3</sup>） | 比表面积（m<sup>2</sup>/g） | 电阻率（Ω.cm） |
| 17±2.0 | ≥1.32 | ≥1.86 | 2.41±0.03 | 0.77±0.5 | 0.0214 |
其中，D50：采用粒度分析仪测定，得到该阴极支撑体材料累计50%点的直径为17±2.0um。（2）振实密度：采用振实密度仪测定，得到该阴极支撑体材料的振实密度为≥1.32g/cm3。（3）粉末压实密度：采用粉末压实密度测试仪测试，得到该阴极支撑体材料的粉末压实密度为≥1.86g/cm3。（4）真密度：采用真密度测定仪测试，得到该阴极支撑体材料的真密度为2.41±0.03g/cm3。（5）比表面积：采用比表面积分析仪测试，得到该阴极支撑体材料的比表面积为0.77±0.5m2/g。（6）电阻率：通过电阻率测定仪测量，经测量得到，该阴极支撑体材料的电阻率为0.0214Ω.cm。
通过该种方法可以制造出异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料，使用该种阴极支撑体材料制造的阴极支撑体的性能测试指标如下：
（1）孔隙率：采用阿基米德排水法测定，得到该阴极支撑体材料的孔隙率为41.15%，孔隙均匀分布；（2）电阻率：通过电阻率测定仪测量，经测量得到，该阴极支撑体材料的电阻率为0.0214Ω.cm；（3）力学性能：采用万能试验机的三点弯曲试验测定抗折强度，抗压强度采用压匮试验测定，经测量得到，阴极支撑体材料的抗折强度15.59 MPa，抗压强度19.13MPa；（4）经极限测试，使用寿命是常规阴极支撑体的2倍；（5）经过收缩率测试仪测试收缩率，通过变形量测试仪测试变形量，收缩率和变形量二者均小于中间相碳微球/石墨的收缩率和变形量。另外具有石墨化度高、电导率高、力学性能好等特点，完全可以替代中间相碳微球/石墨。
实施例3，本发明提到的一种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，包括以下步骤：
一、分别配制6500份的0.1mol/L的SnCl4溶液、8500份的0.2mol/L的NaBH4溶液、15000份的0.05mol/L的聚乙二醇600溶液，将配制的聚乙二醇600溶液用离心泵打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度450r/min，将配制好的0.1mol/L的SnCl4溶液用离心泵打入到反应釜内与聚乙二醇600溶液混合，按200升/分钟的添加量往反应釜内喷入NaBH4溶液，喷入完成后，控制反应时间3.5-4小时，反应釜内产生灰色的沉淀，将反应釜内的混合液采用离心分离机离心分离，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内；在搅拌釜内添加蒸馏水，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，水洗2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，再次采用蒸馏水水洗，如此水洗4遍，将水洗后的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除无水乙醇溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干10小时，再采用研磨机研磨得纳米锡粉。
二、将550份的环己烷、聚乙二醇辛基苯基醚、正己醇打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度320r/min，使三种溶液混合均匀，添加蒸馏水至混合液透明，再添加3.5份的浓氨水调节混合液PH为10左右，搅拌0.5小时，按10升/分钟的添加量往反应釜内喷入55份的正硅酸乙酯，反应8小时后，得到纳米SiO2颗粒；采用离心分离机分离混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，再次采用无水乙醇洗涤，如此洗涤4遍，将洗涤后的纳米SiO2颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干8小时，再将炭化炉在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至300℃将炉内纳米SiO2颗粒煅烧6小时，自然冷却，再采用研磨机研磨得纳米SiO2颗粒；
三、将55份纳米锡粉和6份纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，控制釜温60-80℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度420r/min，混合时间10-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒充分混合均匀；在纳米锡粉中添加纳米SiO2颗粒可以控制纳米锡粉在直接乙醇燃料电池工作过程中降低纳米锡粉的体积膨胀和收缩，使纳米锡粉不被粉化，保证电池活性材料的稳定性及提高电池的反应放电效率和循环性能；
四、将60份混合均匀的纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂粉末按质量比为42.5：100的比例在搅拌釜内混合，控制釜温60-70℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度500r/min，混合时间9-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂充分混合均匀；将混合好的混合物置入炭化炉中在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至800-900℃进行炭化，炭化时间6.5-8小时，炭化好所得的热解炭经过粉碎分级机粉碎分级后，所得5-30um的料经2800℃高温石墨化后制得石墨化炭，此石墨化炭是一种优良的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料。
该种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料技术指标如下：
| D50(um) | 振实密度（g/cm<sup>3</sup>） | 粉末压实密度（g/cm<sup>3</sup>） | 真密度（g/cm<sup>3</sup>） | 比表面积（m<sup>2</sup>/g） | 电阻率（Ω.cm） |
| 19±2.0 | ≥1.54 | ≥1.92 | 2.39±0.03 | 0.64±0.5 | 0.0261 |
其中，D50：采用粒度分析仪测定，得到该阴极支撑体材料累计50%点的直径为19±2.0um。（2）振实密度：采用振实密度仪测定，得到该阴极支撑体材料的振实密度为≥1.54g/cm3。（3）粉末压实密度：采用粉末压实密度测试仪测试，得到该阴极支撑体材料的粉末压实密度为≥1.92g/cm3。（4）真密度：采用真密度测定仪测试，得到该阴极支撑体材料的真密度为2.39±0.03g/cm3。（5）比表面积：采用比表面积分析仪测试，得到该阴极支撑体材料的比表面积为0.64±0.5m2/g。（6）电阻率：通过电阻率测定仪测量，经测量得到，该阴极支撑体材料的电阻率为0.0261Ω.cm。
通过该种方法可以制造出异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料，使用该种阴极支撑体材料制造的阴极支撑体的性能测试指标如下：
（1）孔隙率：采用阿基米德排水法测定，得到该阴极支撑体材料的孔隙率为43.21%，孔隙均匀分布；（2）电阻率：通过电阻率测定仪测量，经测量得到，该阴极支撑体材料的电阻率为0.0261Ω.cm；（3）力学性能：采用万能试验机的三点弯曲试验测定抗折强度，抗压强度采用压匮试验测定，经测量得到，阴极支撑体材料的抗折强度12.62MPa，抗压强度18.65MPa（4）经极限测试，使用寿命是常规阴极支撑体的3倍；（5）经过收缩率测试仪测试收缩率，通过变形量测试仪测试变形量，收缩率和变形量二者均小于中间相碳微球/石墨的收缩率和变形量。另外具有石墨化度高、电导率高、力学性能好等特点，完全可以替代中间相碳微球/石墨。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
一、将45-55份纳米锡粉和4-6份纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，控制釜温60-80℃，打开搅拌电机搅拌，通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒充分混合均匀；在纳米锡粉中添加纳米SiO2颗粒可以控制纳米锡粉在直接乙醇燃料电池工作过程中的体积膨胀和收缩，使纳米锡粉不被粉化，保证电池活性材料的稳定性及提高电池的反应放电效率和循环性能；
二、将50-60份混合均匀的纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂粉末按质量比为38.5-42.5：100的比例在搅拌釜内混合，控制釜温60-70℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度500r/min，混合时间9-12小时；通过混合搅拌，使纳米锡粉和纳米SiO2颗粒与酚醛树脂充分混合均匀；将混合好的混合物置入炭化炉中在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至800-900℃进行炭化，炭化时间6.5-8小时，炭化后所得的热解炭经过粉碎分级机粉碎分级后，所得5-30um的料经2800℃高温石墨化后制得产品，此产品是一种优良的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料。
2.根据权利要求1所述的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，其特征是：步骤二中的酚醛树脂粉末采用5-30um的酚醛树脂粉末。
3.根据权利要求1所述的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，其特征是：步骤二中，所得5-30um的料置入石墨化炉内，在抽真空状态下按10-15℃/min升温速率加热至2800℃，恒温2-3小时制得产品。
4.根据权利要求1所述的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，其特征是：所述纳米锡粉的制备方法如下：
一、分别配制5500-6500份的0.1mol/L的SnCl4溶液、7500-8500份的0.2mol/L的NaBH4溶液、15000份的0.05mol/L的聚乙二醇600溶液，将配制的聚乙二醇600溶液用离心泵打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，将配制好的0.1mol/L的SnCl4溶液用离心泵打入到反应釜内与聚乙二醇600溶液混合，按200升/分钟的添加速率往反应釜内喷入NaBH4溶液，喷入完成后，控制反应时间3.5-4小时，反应釜内产生灰色的沉淀；将反应釜内的混合液采用离心分离机离心分离，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内；
二、在搅拌釜内添加蒸馏水，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，水洗2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，再次采用蒸馏水水洗，如此水洗多遍，将水洗后的纳米锡颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除无水乙醇溶液后，将离心管底层的纳米锡颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干10小时，再采用研磨机研磨得纳米锡粉。
5.根据权利要求1所述的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，其特征是：所述的纳米SiO2颗粒的制备方法如下：
一、将450-550份的环己烷、聚乙二醇辛基苯基醚、正己醇打入反应釜内，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度320r/min，使三种溶液混合均匀，添加蒸馏水至混合液透明，再添加3.5份的浓氨水调节混合液PH为10左右，搅拌0.5小时，按10升/分钟的添加速率往反应釜内喷入45-55份的正硅酸乙酯，反应8小时后，得到含有纳米SiO2颗粒的混合液；
二、采用离心分离机分离混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，洗涤2.5-3小时，再采用离心分离机离心分离搅拌釜内的混合液，去除溶液后，将离心管底层的纳米SiO2颗粒置入搅拌釜内，再次采用无水乙醇洗涤，如此洗涤多遍，将洗涤后的纳米SiO2颗粒置入炭化炉内，抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率加热至120℃烘干8小时，再将炭化炉在抽真空状态下按3-5℃/min的升温速率升温至300℃将炉内纳米SiO2颗粒煅烧6小时，自然冷却，再采用研磨机研磨得纳米SiO2颗粒。
6.根据权利要求5所述的异型直接乙醇燃料电池阴极支撑体材料的制备方法，其特征是：步骤二中，在搅拌釜内添加无水乙醇，控制釜温40-50℃，打开搅拌电机搅拌，搅拌速度350r/min，洗涤2.5-3小时。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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| Anode catalyst with enhanced ethanol;Hirokazu Ishitobi et al;《International Journal of Hydrogen Energy》;20170904;第26897-26904页 * |
| 通过载体提高燃料电池催化剂的稳定性;谢小红 等;《电化学》;20150630;第221-233页 * |
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