[發明專利]一種燃料電池用銅銀納米合金陰極及其制備方法

有效

• 申請號: 201110051634.6
• 申請日: 2011-03-03
• 公開（公告）號: CN102157740A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 陳福義;張吉曄
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池領域，具體是一種用于硼氫化鈉/雙氧水燃料電池的陰極。

背景技術

燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的放電裝置。燃料電池具有發電效率高(能量轉化效率可以達到45％～60％，火力發電和核電的效率大約在30％～40％)、環境污染少(有害氣體SOx、NOx及CO₂的排放大大低于傳統發電方式)、負荷響應快、適用范圍廣等特點。

燃料電池技術自發明以來，已經取得了長足地進步。為了提高電池的能量轉化效率，研究人員不斷改進電池燃料、氧化劑和催化劑材料，其中催化劑包括陽極催化劑和陰極催化劑兩種，陽極催化劑燃料是在燃料發生氧化反應過程中的催化劑，陰極催化劑是在氧化劑發生還原反應中的催化劑。目前，對于燃料電池陰極催化劑的研究和開發已經取得了一定的成果。國內外的研究人員采用多種不同的生產工藝，制備出具有優異性能的陰極催化劑，主要有以下幾種：

一種是金薄膜。P.K.Raman，S.K.Prashan和A.K.Shukla在Journal?of?Power?Sources(162，2006，1073-1076)公開的文獻“A?28-W?portable?direct?borohydride-hydrogenperoxide?fuel-cell?stack”中，提出了一種硼氫化鈉/雙氧水燃料電池陰極電催化劑材料-金。該技術方案采用在200目的不銹鋼絲網上電鍍一層厚度為1μm的金作為陰極電催化劑，從文獻中的循環伏安曲線上可以看出，過氧化氫從0.9V(相對于標準氫電極)開始發生還原反應。

一種是鉑/碳。Choudhury?N?A，Raman?R?K，Sampath?S和Shukla?A?K在Journal?ofPower?Sources(2005，143，1-8)公開的文獻“An?alkaline?direct?borohydride?fuel?cell?withhydrogen?peroxide?as?oxidant”中，提出了一種硼氫化鈉/雙氧水燃料電池陰極電催化劑材料-鉑，該技術方案采用溶膠-凝膠法制備鉑/碳電極，其中碳為支撐體，鉑做為陰極電催化劑，在單位電壓為540mV，陰極上測得的最大能量密度為150mW?cm^-2。

一種是納米銀。Weiqian?Yang，Shaohua?Yang，Wei?Sun，Gongquan?Sun和Qin?Xin在Journal?of?Power?Sources(160，2006，1420-1424)公開的文獻“Nanostructured?silvercatalyzed?nickel?foam?cathode?for?an?aluminum-hydrogen?peroxide?fuel?cell”中，提出了一種鋁/雙氧水燃料電池陰極電催化劑-納米銀，該技術方案采用電沉積方法在1mm厚度的泡沫鎳基板上制備納米銀作為陰極電催化劑，其微觀形貌呈現2～3μm長、100nm～200nm寬的納米島狀。

一種是鈀銀合金。Weiqian?Yang，Shaohua?Yang，Wei?Sun，Gongquan?Sun和Qin?Xin在Electrochimica?Acta(52，2006，9-14)公開的文獻“Nanostructured?palladium-silvercoated?nickel?foam?cathode?for?magnesium-hydrogen?peroxide?fuel?cells”中，提出了一種鎂/雙氧水燃料電池陰極電催化劑-鈀銀合金，該技術方案采用電沉積方法在1.2mm厚度的泡沫鎳基板上制備鈀銀合金作為陰極電催化劑，在相同的測試條件下，鈀銀合金作為陰極催化劑時，測得的最大能量密度為140mW?cm^-2；而銀作為陰極催化劑時，測得的最大能量密度為110mW?cm^-2。