直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的研究进展

缓慢的阴极氧还原动力学和催化剂稳定性是制约直接硼氢化物燃料电池商业化的关键因素之一。为此,研究者在提高催化剂的催化活性与稳定性和降低催化剂成本方面开展了大量的研究工作。本文在简要介绍直接硼氢化物燃料电池的工作原理和阴极氧还原反应机理的基础上,从催化剂性能和反应机理角度综述了近年来直接硼氢化物燃料电池中贵金属和非贵金属两类阴极催化剂的主要研究进展,指出了阴极催化剂研究所面临的问题,同时提出了阴极催化剂研究的新的发展方向。     

直接硼氢化物燃料电池

直接硼氢化物燃料电池是一种新型的燃料电池,具有理论比能量高,产物清洁无污染,燃料易于储存和运输等特点,可广泛应用于小型便携式电子产品和移动电源,近年来受到越来越多研究者的关注。本文在介绍了直接硼氢化物燃料电池工作原理的基础上讨论了阳极催化剂、阴极催化剂的研究进展,并探讨了电解液和温度等条件对电池性能的影响,简要分析了发展直接硼氢化物燃料电池面临的主要问题。     

氧化铈作为阴极催化剂在直接硼氢化物燃料电池中的应用

研究以氧化铈(CeO2)作为直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阴极催化剂的性能.结果表明:氧化铈对氧还原具有良好的催化效能,但对BH4-离子水解没有明显的促进作用,而且还能抑制它在正极的氧化.以氧化铈为阴极催化剂组装成的模拟单室燃料电池在常温下的最高功率密度为67.8mW·cm-2,运行稳定.     

直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阳极材料及反应机理

以碱金属硼氢化物为燃料的直接硼氢化物燃料电池（DBFC）,是一种有发展潜力的移动电源。DBFC阳极过程是一个复杂的H^--H0*-H⁺之间价态转化的电极反应体系,涉及BH₄^-的电氧化反应、BH₄^-的水解释氢反应与氢的电氧化反应,该过程不仅与电极材料有关,也与反应条件有关。研发能有效抑制释氢的廉价阳极催化材料,是DBFC实用化的关键。因此,本文对近年来报道的DBFC阳极催化材料、以及BH₄^-在不同阳极材料上的电化学氧化反应机理进行了综述,并归纳出需要深入研究的主要问题。     

氧化镧作为直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的研究

通过采用线性电势扫描(LSV)和恒电流计时电势扫描方法对氧化镧作为直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的电化学性能进行了研究.实验结果表明:在单室燃料电池体系中,氧化镧对氧还原具有良好的活性,同时在强碱溶液中对硼氢根离子具有很强的稳定性且对硼氢根的水解没有任何促进作用.以镍基储氢合金作为电池的阳极催化剂组装成简单的单室燃料电池,电池的开路电压达到1.052 V,在常温下(21℃),电池于0.491 V获得最高功率密度65.25 mW·cm-2,电池运行稳定.     

AgNi合金作为直接硼氢化物燃料电池的阳极催化剂

采用机械球磨法制备银镍合金, 并将其用作直接硼氢化物燃料电池(DBFC)的阳极催化剂. XRD 和SEM实验表明, 这种催化剂为纳米粒子集聚的微米颗粒, 具有二元合金的典型结构特征. 电化学实验表明, AgNi合金不仅能够催化硼氢化物的直接电化学氧化, 而且可以抑制硼氢化物的化学水解. 当采用AgNi/C作为DBFC电池的阳极催化剂时,硼氢化钾的放电容量在3500 mAh·g-1以上, 对硼氢化物燃料的利用率可达90%以上.     

取代酞菁金属配合物的结构研究进展

结合本研究组的工作, 简要总结了迄今文献上所发表的取代酞菁金属配合物的结构研究结果, 包括四取代、八取代、十六取代、内环取代以及不等同取代等。     

四-α-(2，2，4-三甲基-3-戊氧基)酞菁金属配合物(M=Co，Ni，Cu，Zn)的合成与光谱性质(英)

A series of [tetra-α-(2,2,4-tirmethyl-3-pentoxy) phthalocyaninato] metal complexes(M=Co, Ni, Cu, Zn)were prepared by cyclotetramerization of 3-(2,2,4-tirmethyl-3-pentoxy)phthalonitrile with corresponding anhydrous metal salts， using 1.8-diazabicyclo[5.4.0] undec-7-ene (DBU) as the catalyst. HPLC analysis shows that one isomer predominates in the product of nickel complex, while at least two main constitutional isomers exist in the product of other metal complexes. The complexes (in the form of mixture of constitutional isomers) were characterized by elemental analyses, MS, IR and UV-Vis spectroscopy.     

碱性Al-H2O2半燃料电池Au/Ni阴极性能研究

以泡沫镍为基体,AuCl3为沉积液,应用快速自沉积法制备了泡沫镍负载的纳米Au/Ni电极.电化学方法测定AuCl3溶液的浓度和沉积时间对Au粒子的尺寸和分布以及以该电极作为Al-H2O2半燃料电池阴极对H2O2性能的影响.实验表明,泡沫镍经2mmol·L-1AuCl3溶液浸渍60s后,其表面完全被粒径小于100nm的Au粒子覆盖;以其为阴极的Al-H2O2半燃料电池,在0.4mol·L-1H2O2溶液中峰值功率达135mW·cm-2.     

高锰酸钾作阴极的微生物燃料电池

构建了一个以醋酸钠水溶液为阳极原料、高锰酸钾为阴极氧化剂的双室微生物燃料电池, 考察了阴极溶液浓度、阴极流动状态、外电阻和pH值等因素对电池性能的影响, 监测了电池外电压和两极电极电势的变化过程, 并分析了阴极极化的原因和限制微生物燃料电池(MFC)的关键因素. 研究结果显示: (1) MnO2在碳纸表面的沉积是阴极极化的主要原因, 而溶液流动可以明显降低极化程度; 将高锰酸钾溶解在缓冲溶液中可以进一步降低阴极H+浓差极化; (2) 根据极化曲线可以推断, 影响电池输出功率的决定性因素应是微生物代谢反应速度和微生物与电极之间的电子传递速率; (3) 随外电阻的变化, 电池输出功率出现极大值824 mW/m2, 相应外电阻为300 Ω左右, 这与通过I-V关系曲线推导得到的电池内阻(284±18) Ω相吻合; (4) pH值和高锰酸钾浓度对电池阴极电极电势的影响符合Nernst方程.     

纳米Au粒子作为直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池阴极催化剂

采用浸渍还原法制备了纳米Au/C, 并将其用作直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池阴极催化剂. 通过X-射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对催化剂进行结构和形貌分析, 结果表明10～20 nm的纳米Au粒子均匀地分散在Vulcan XC-72R碳黑表面上. 循环伏安测试表明, 在0.5 mol•L－1 H2SO4和2 mol•L－1 H2O2混合溶液中, 纳米Au/C在0.85 V处表现较强的不可逆还原电流. 以纳米Au/C为阴极催化剂, AB5储氢合金为阳极催化剂制成直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池. 电池在30 ℃下的最大功率密度可达到78.6 mW•cm－2. 当电池工作温度升高至50 ℃时, 电池的最大功率密度超过120 mW•cm－2. 此外, 研究了阴极溶液中H2SO4和H2O2浓度对电池性能的影响. 当阴极溶液中H2SO4浓度小于0.5 mol•L－1时, 酸浓度对电池性能影响较大; H2O2浓度对电池性能影响较小. 确定了阴极溶液中H2SO4和H2O2的最佳浓度分别为0.5和2 mol•L－1.     

直接氨固体氧化物燃料电池

塑性挤压成型阳极支撑管,采用真空浸涂法在阳极表面制备了均一、致密的氧化钇稳定的氧化锆电解质层,然后在电解质表面刷涂上阴极层,成功制备了阳极支撑型管状固体氧化物燃料电池.分别以氢气和氨气为燃料,考察了该管状固体氧化物燃料电池的电池性能.在800℃操作时,以氢气和氨气为燃料的电池最大输出功率密度分别为202和200 mW/cm2.表明氨气可以作为固体氧化物燃料电池的替代燃料.     

低甲醇透过直接甲醇燃料电池

复合膜;甲醇透过率;低甲醇透过直接甲醇燃料电池