直接硼氫化鈉燃料電池陽極催化劑Au-Ni合金制備及性能研究.pdf

1、燃料電池能將燃料(例如:氫)直接轉(zhuǎn)換成電能,這種新型能源設(shè)備在生產(chǎn)和使用過程中幾乎可以實(shí)現(xiàn)零污染排放,是實(shí)現(xiàn)未來繁榮和環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵。用硼氫化鈉(NaBH4)水溶液作燃料的直接硼氫化鈉燃料電池(DBFC)具備特殊優(yōu)勢:固態(tài)燃料(NaBH4)性能穩(wěn)定且不可燃、電池電壓高(1.64V)、比能量高(5.7Ahg-1,高于甲醇的5.03Ahg-1)。但是BH4-在許多金屬上的氧化反應(yīng)仍存在較大缺陷,完整的8e-交換反應(yīng)因BH4-水解而無法實(shí)現(xiàn),

2、使得每個(gè)BH4-釋放的電子數(shù)量(法拉第效率)減少,導(dǎo)致DBFC能量密度減少,降低了預(yù)期8e-氧化燃料效率。由于Au對(duì)BH4-水解反應(yīng)無催化活性,在Au電極上可以獲得近似8e-的高庫侖電子數(shù),但Au電極通常呈現(xiàn)緩慢的電極動(dòng)力學(xué)和較低的電流及輸出功率。因此,提高Au電極上BH4-電化學(xué)氧化活性已成為目前DBFC研究的重點(diǎn)。
　　本文以Au-Ni合金為中心,圍繞Au-Ni材料的制備方法選擇及合成條件優(yōu)化、BH4-在Au-Ni合金上的電化

3、學(xué)氧化行為以及摻雜少量Pt以提高Au-Ni合金對(duì)BH4-電化學(xué)催化活性和提高電池電壓展開研究:
　　1.選用操作較為簡便的水相法和反膠束法制備Au-Ni合金材料,比較BH4-在兩種制備方法制得的Au-Ni合金上的電化學(xué)氧化行為,發(fā)現(xiàn)反膠束方法制備的Au-Ni合金催化活性更好。通過改變反膠束法中水與表面活性劑比值Rω的大小,發(fā)現(xiàn)在Rω=5的條件下能制備出對(duì)BH4-電化學(xué)氧化催化活性較高的Au-Ni催化劑。
　　2.利用反膠束法

4、在Rω=5條件下制備Au/C、Au-Ni/C催化劑,比較兩者催化性能,發(fā)現(xiàn)Au-Ni/C不僅能降低Au/C成本并且能改善Au動(dòng)力學(xué)速率、提高催化劑活性。通過電化學(xué)技術(shù)探討了Au-Ni/C材料在不同條件下對(duì)BH4-電化學(xué)氧化催化行為。研究發(fā)現(xiàn),BH4-在Au-Ni/C上的電化學(xué)氧化過程受不可逆電子傳遞過程和擴(kuò)散過程混合控制。Au-Ni/C為陽極時(shí)DBFC的陽極電解液最佳組成為:1M NaBH+3 M4 NaOH,在一定溫度范圍內(nèi),電池性能

5、伴隨溫度增加而提高。
　　3.在Au-Ni合金基礎(chǔ)上摻雜Pt,制備出Au0.49Ni0.49Pt0.02/C、Au0.475Ni0.475Pt0.05/C、Au0.46Ni0.46Pt0.08/C材料。三種合金均為球形,粒徑為3.9、3.7、4.0nm,催化活性高于Au-Ni合金。以Au-Ni/C、Au0.49Ni0.49Pt0.02/C、Au0.475Ni0.475Pt0.05/C、Au0.46Ni0.46Pt0.08/C作陽極