[發明專利]導電聚合物修飾的碳載鎳基復合物催化劑的制備方法

無效

• 申請號: 200910154535.3
• 申請日: 2009-11-12
• 公開（公告）號: CN101733160A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 李洲鵬;劉賓虹;劉子萱
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;H01M4/90
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明涉及燃料電池和空氣電池領域，具體地說，是一種作為燃料電池和空氣電池陰 極催化劑，用于氧電化學還原的導電聚合物修飾的碳載鎳基復合物催化劑及其制備方法。

背景技術

燃料電池是一種直接將儲存在液體燃料中的化學能轉變為電能的能量轉換裝置，由于 其無需經過卡諾循環，能量密度和能量轉換效率高，是一種新型的綠色能源技術。其中，采 用質子交換膜為電解質的直接液體燃料電池(DLFC)，除了具有其他燃料電池所共有的能 量轉換效率高、低排放、無污染和無噪音等優點，另外還具有獨到的優勢：常溫使用、結 構簡單、燃料攜帶補給方便、體積和重量比能量密度高和紅外信號弱。尤其適合作小型可 移動及便攜式電源，在國防、通訊、電動車等方面有極佳的潛在應用前景。其中DLFC的 液體燃料包括：堿性硼氫化鈉溶液，肼溶液，甲醇溶液，乙醇溶液，甲酸溶液等，本發明 所述的液體燃料電池所用的燃料主要是堿性硼氫化鈉溶液和堿性肼溶液。通常低溫燃料電 池都需要以貴金屬材料為催化劑。尋找新的價格較低的非貴金屬催化劑對于降低催化劑成 本具有重要意義。目前對非貴金屬催化劑的研究主要集中在過渡金屬氧化物、含過渡金屬 的大環化合物和過渡金屬等，其中，MnO₂和Ag雖然具有較好的催化活性，但是與鉑相比 還是具有一定的差距(Liu等，Journal?of?Power?Sources，2007，164：100；Feng等， Electrochemistry?Communication?2005，7：449)；另外氮化物、硫化物、硼化物以及硅化物 等用作低溫燃料電池催化劑也有報道，但這些催化劑的性能比較差，研究也比較少。

空氣電池是以金屬鋅、鎂為負極、空氣中的氧作為正極活性物質的一種高性能、無污 染的化學電源。該產品的主要技術特征：一是容量大、重量輕、比能量高，為鉛酸蓄電池 的8-20倍能量密度。鎂具有比鋅更高的電化學當量，因此鎂空氣電池具有比能量高、使用 安全方便、原材料來源豐富、成本低、燃料易于貯運、可使用溫度范圍寬(-20℃～80℃)及 污染小等特點。作為一種高能化學電源，在可移動電子設備電源、自主式潛航器電源、海 洋水下儀器電源、備用電源和電動汽車等方面具有廣闊的應用前景。空氣電池以KOH溶液 或NH₄Cl溶液作電解液。以KOH溶液為電解質時，其基本工作原理為電池負極(陽極)上 的鋅或鎂與電解液中的OH^-發生電化學反應(陽極反應)，釋放出電子。同時空氣負極反應 層中的催化劑與電解液及經由擴散作用進入電池的空氣中的氧氣相接觸，吸收電子，發生 電化學反應(陰極反應)。為了提高空氣電池的性能，通常也需要以貴金屬材料為催化劑。

在已公開的專利(申請號：200910098411.8，公開號：CN101549304)中提出了用兩 步法制備導電聚合物修飾的碳載氫氧化鈷：先制備導電聚合物修飾的炭黑，然后在導電聚 合物修飾的炭黑上擔載氫氧化鈷。該方法不僅過程繁瑣，容易引起導電聚合物修飾層的失 活，從而導致擔載氫氧化鈷時造成分布不均，催化粒子尺寸不均，催化性能下降的問題。 而且催化劑只是吸附碳載體表面，結合力較弱，因而性能穩定性較差。另外，鈷是戰略物 質，比較昂貴。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于燃料電池和空氣電池陰極的導電聚合物修 飾的碳載鎳基復合物催化劑的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案包括下述步驟：