[發(fā)明專利]直接硼氫化物燃料電池儲(chǔ)氫合金陽極催化劑

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910071243.3
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101465430A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王貴領(lǐng);曹殿學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B01J23/74;B01J23/22;B01J23/34
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(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種直接硼氫化物燃料電池儲(chǔ)氫合金陽極催化劑，具體地說是一種含有過渡金屬氧化物的直接硼氫化物燃料電池儲(chǔ)氫合金陽極催化劑材料。

(二)背景技術(shù)

直接硼氫化物燃料電池(DBFC)是以硼氫化物為陽極的燃料電池，NaBH₄是含氫量很高(11wt.％)的儲(chǔ)氫材料，理論上NaBH₄的直接電氧化可為8e^-反應(yīng)，有很高的能量密度(比能量為9300Wh/kg)、比容量(5668Ah/kg)和電池電壓(陰極為O₂時(shí)1.64V)；NaBH₄不易燃、毒性低(除非吞食，否則無害)、不產(chǎn)生CO₂，理論上NaBH₄可以使用非鉑催化劑；NaBH₄溶液能充當(dāng)熱交換介質(zhì)來冷卻電池而無須額外的冷卻板；水的電滲拖曳可用做陰極反應(yīng)物，而無須象氫氣那樣需要潤濕。這些特性對于燃料電池的設(shè)計(jì)和組裝是非常有益的。NaBH₄電氧化催化劑主要分為兩大類，一類是Pt、Pd、Au、Ir、Os和Ag等貴金屬，其中Pt的電催化活性最高，但也易于發(fā)生NaBH₄的水解反應(yīng)；Au能發(fā)生近8e反應(yīng)，但其反應(yīng)活性低。另一類為為儲(chǔ)氫合金，Choudhury等人對比研究了AB₅型和AB₂型儲(chǔ)氫合金對NaBH₄的催化性能，結(jié)果表明儲(chǔ)氫合金的催化活性小，明顯低于貴金屬。可參閱王貴領(lǐng)，蘭劍，曹殿學(xué)等，直接NaBH₄-H₂O₂燃料電池的研究進(jìn)展，化工學(xué)報(bào)，2008，159(4)：805-813，以及Choudhury?N?A，Raman?R?K，Sampath?S，等人，An?alkalinedirect?borohydride?fuel?cell?with?hydrogen?peroxide?as?oxidant.Journalof?Power?Sources，2005，143：1-8。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能加大儲(chǔ)氫合金對硼氫化物的電化學(xué)氧化性能，提高硼氫化物陽極的放電性能的直接硼氫化物燃料電池儲(chǔ)氫合金陽極催化劑。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

在儲(chǔ)氫合金陽極催化劑中加有過渡金屬氧化物，其加入量是過渡金屬氧化物與儲(chǔ)氫合金的質(zhì)量比為5～10：95～5。

所述的過渡金屬氧化物是Co、Fe、Ni、V、Ti或Mn的氧化物，以及它們的混合物。

所述的儲(chǔ)氫合金陽極催化劑的儲(chǔ)氫合金是AB₅型或AB₂型儲(chǔ)氫合金，以及它們的混合物。

本發(fā)明提出一種用過渡金屬氧化物提高直接硼氫化物燃料電池儲(chǔ)氫合金陽極催化性能的方法。過渡金屬氧化物的摻雜為氫的吸附和解離提供了新的活性位置，提高了儲(chǔ)氫合金的催化活性，解決了硼氫化物燃料陽極放電電流小的問題。其特征在于儲(chǔ)氫合金與過渡金屬氧化物混合，增大了儲(chǔ)氫合金對硼氫化物的電催化性能。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是在直接硼氫化物燃料電池儲(chǔ)氫合金陽極催化劑的基礎(chǔ)上，通過與過渡金屬氧化物混合，加大了儲(chǔ)氫合金對硼氫化物的電化學(xué)氧化性能，提高了硼氫化物陽極的放電性能。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用儲(chǔ)氫合金與過渡金屬氧化物混合，過渡金屬氧化物的混合首先能為氫的吸附和解離提供了新的活性位置，在一定程度上降低吸氫活化能；第二過渡金屬元素具有未充滿的價(jià)層d軌道，可能在硼氫化物的電氧化過程中產(chǎn)生一種協(xié)同效應(yīng)。因而能顯著提高直接硼氫化物燃料電池儲(chǔ)氫合金陽極催化劑的性能。

(四)具體實(shí)施方式

下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：

具體實(shí)施方式1

采用Fe₂O₃與儲(chǔ)氫合金混合得到復(fù)合催化劑，F(xiàn)e₂O₃與儲(chǔ)氫合金的質(zhì)量比為5：95。以碳棒為對電極，以Ag/AgCl為參比電極，以儲(chǔ)氫合金復(fù)合催化劑為工作電極，在2M的NaOH和0.10M的NaBH₄的溶液中，掃描速度為10mV/s，-0.55V?vs.Ag/AgCl的電壓下，電流密度達(dá)125mA/cm²，并且NaBH₄不發(fā)生水解。

具體實(shí)施方式2