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際工作中可以使用非貴金屬作為電池反應的催化劑的優勢,因而倍受關注。然而,在實際運行過程中,一方面由于BH4-由陽極側穿透到陰極會在電極表面發生電化學氧化反應消耗燃料并產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-很難實現理論上“8電子轉移”的電化學氧化反應達到高燃料利用率

2、。這兩個關鍵問題在很大程度上制約了燃料電池的進一步發展。探索選擇性陰極催化劑,抑制陰極上BH4-的電化學氧化反應同時摒棄必須采用的高成本低效的阻BH4-電解質膜;發展高性能的陽極催化劑,提高BH4-進行8電子反應的效率,是解決上述問題的有效方法。針對于此,本文對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,提高輸出電勢和燃料利用率的可行性以及其電化學性能做了深入研究;同時對Ag-Ni混合體

3、系作為電池的陽極催化劑的電化學性能進行了研究。實驗結果如下:
　　 (1)通過多種電化學分析方法及XRD等物理分析方法對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性能進行研究。實驗結果顯示La2O3等稀土氧化物在堿性電解質溶液中對氧的電催化還原具有良好的活性,并且對BH4-在陰極上的電化學氧化反應有很強的抑制作用。以鎳基儲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表現出的電池輸出性能最佳,電池的開路電壓達到1.042 V,電池在0.521 V獲得最高功率密度76.22 mW·cm-2。
　　 (2)對Ag-Ni三種不同混合體系以及單質Ag和Ni作為直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑的電化學性能進行了研究。結果標明在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,同時可以降