直接硼氫化物燃料電池催化劑的研究.pdf

1、直接硼氫化物燃料電池作為一種使用液體燃料的能量轉(zhuǎn)換體系,在理論上具有高開路電壓(1.64V)、高能量密度以及在實(shí)際工作中可以使用非貴金屬作為電池反應(yīng)的催化劑的優(yōu)勢,因而倍受關(guān)注。然而,在實(shí)際運(yùn)行過程中,一方面由于BH4-由陽極側(cè)穿透到陰極會(huì)在電極表面發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)消耗燃料并產(chǎn)生混合電勢大大降低輸出電壓,而目前采用的高成本的阻BH4-膜并不能從根本上解決問題;另一方面BH4-很難實(shí)現(xiàn)理論上“8電子轉(zhuǎn)移”的電化學(xué)氧化反應(yīng)達(dá)到高燃料利用率

2、。這兩個(gè)關(guān)鍵問題在很大程度上制約了燃料電池的進(jìn)一步發(fā)展。探索選擇性陰極催化劑,抑制陰極上BH4-的電化學(xué)氧化反應(yīng)同時(shí)摒棄必須采用的高成本低效的阻BH4-電解質(zhì)膜;發(fā)展高性能的陽極催化劑,提高BH4-進(jìn)行8電子反應(yīng)的效率,是解決上述問題的有效方法。針對(duì)于此,本文對(duì)La2O3等8種稀土金屬氧化物作為硼氫化物燃料電池電池陰極選擇性催化劑,抑制BH4-氧化反應(yīng),提高輸出電勢和燃料利用率的可行性以及其電化學(xué)性能做了深入研究;同時(shí)對(duì)Ag-Ni混合體

3、系作為電池的陽極催化劑的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　 (1)通過多種電化學(xué)分析方法及XRD等物理分析方法對(duì)La2O3等8種稀土金屬氧化物作為無膜體系DBFC陰極催化劑的可行性及電化學(xué)性能進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示La2O3等稀土氧化物在堿性電解質(zhì)溶液中對(duì)氧的電催化還原具有良好的活性,并且對(duì)BH4-在陰極上的電化學(xué)氧化反應(yīng)有很強(qiáng)的抑制作用。以鎳基儲(chǔ)氫合金為陽極催化劑,以稀土氧化物為陰極催化劑組裝成簡單的無膜硼氫化物燃料電

4、池在常溫下進(jìn)行性能測試。電池的峰值功率密度均超過60 mW·cm-2。其中以Sm2O3作為電池陰極催化劑時(shí)表現(xiàn)出的電池輸出性能最佳,電池的開路電壓達(dá)到1.042 V,電池在0.521 V獲得最高功率密度76.22 mW·cm-2。
　　 (2)對(duì)Ag-Ni三種不同混合體系以及單質(zhì)Ag和Ni作為直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑的電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果標(biāo)明在Ni中添加適量的Ag可以提高催化劑在高BH4-濃度下的催化活性,同時(shí)可以降