直接肼燃料電池關鍵問題的研究.pdf

1、提高催化劑催化性能和降低肼的毒性一直是直接肼燃料電池(Direct Hydrazine Fuel Cell，DHFC)亟待解決的兩個關鍵問題。本文采用循環(huán)伏安法、電化學阻抗譜和恒電流放電等電化學方法對肼(N2H4)在復合催化劑上的電化學氧化反應機理進行了研究。發(fā)現(xiàn)了肼電化學氧化的新機制，為如何選擇高活性的陽極催化劑提供了實驗和理論依據(jù)。在降低肼毒性方面，對于固定水合肼方面做了一些有益嘗試。應用溫敏性水凝膠儲存水合肼，以期方便肼燃料的儲存

2、、運輸和使用。
　　 在陽極催化劑方面，本文為研究肼在Pd-Ni復合催化劑上的電化學氧化反應機理合成了納米碳管（Carbon Nano Tubes，CNT）擔載Pd-Ni復合催化劑。研究結果表明，Ni在肼電化學氧化過程中容易形成Ni(OH)2，低溫下(25℃)Ni/CNT催化劑對N2H4氧化活性不高；高溫下(60℃)，由于Ni(OH)2被肼還原生成金屬Ni，從而表現(xiàn)出了高活性。通過Ni催化劑中摻入Pd，可以有效抑制肼電化學氧化過

3、程中Ni(OH)2的形成，實現(xiàn)低溫下催化活性的提高。其原因在于Pd催化劑能夠在堿性肼溶液中形成鈀氫化合物(PdHx)。PdHx化合物能夠還原Ni(OH)2生成金屬Ni，從而發(fā)揮出Ni催化劑的高催化活性。同時PdHx中的氫被消耗以后產(chǎn)生的Pd也具備對肼電化學氧化反應的催化能力，所以Pd-Ni/CNT復合催化劑中的Pd和Ni表現(xiàn)出對于N2H4電化學氧化反應的協(xié)同效應。在Pd-Ni復合催化劑中進一步添加Zr-Ni儲氫合金可增強原子氫在肼電化學

4、氧化過程中對Ni催化劑上Ni(OH)2形成的抑制作用，研究結果表明，Pd、Ni和儲氫材料的復合催化劑的展示出更好的催化活性，其性能是Pd-Ni復合催化劑的1.5倍。
　　 對比ⅧB族元素中的Fe、Co、Ni對N2H4電化學氧化的催化活性，研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e/CNT和Co/CNT催化劑的催化性能都不如同條件下的Ni/CNT催化劑。Fe/CNT催化劑的表面在常溫時容易被氧化為對N2H4催化活性不佳且很難被還原的Fe3O4，使其無法表現(xiàn)出

5、良好的性能。Co/CNT催化劑的表面在常溫時也容易被氧化為對N2H4電化學氧化性能不佳的鈷氧化物。在高溫時雖然被氧化的表面可以被N2H4重新還原為金屬Co，但是N2H4在金屬Co表面的電化學氧化反應是1電子反應，會發(fā)生很多副反應，N2H4燃料的利用率較低。
　　 在固定水合肼方面，合成了溫敏性水凝膠，其低溫臨界溶解溫度為35℃。經(jīng)過改性聚N-異丙基丙烯酰胺水凝膠(PNIPA)，得到具有較好肼溶液吸附性能以及快速脫附性能的PNIP