[發明專利]一種燃料電池陽極及其原位制備方法

有效

• 申請號: 201210424910.3
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102916202A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 秦海英;王娟;季振國;倪華良;遲洪忠;趙淑敏;何燕;劉嘉斌
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 趙芳;徐關壽

技術領域

本技術涉及一種燃料電池陽極及其制備方法。

背景技術

燃料電池是一種直接將儲存在燃料中的化學能轉化為電能的發電技術，由于其具有能量轉換效率高、低排放、無污染和無噪音等優點，被認為是繼火力、水力、核能之外的第四種發電方法。

直接硼氫化鈉燃料電池是以質子交換膜為電解質，以硼氫化鈉為燃料的直接液體燃料電池的一種。它除了具有其他燃料電池所共有的優點外，還具有獨到的優勢。例如：常溫使用、結構簡單、燃料攜帶補給方便，具有良好的移動性，非常適合作為小型移動及便攜式電源。并且，由于所用的燃料硼氫化鈉具有良好的還原活性，因此催化氧化硼氫化鈉的陽極催化劑往往無需采用昂貴稀缺的Pt催化劑。同時其陰極催化劑也可不用Pt，而是用廉價的Co/N/C【H.Y.?Qin,?Z.X.?Liu,?W.X.?Yin,?J.K.?Zhu,?Z.P.?Li.?A?cobalt?polypyrrole?composite?catalyzed?cathode?for?the?direct?borohydride?fuel?cell.?Journal?of?Power?Sources,?185?(2008)?909-912】，或者MnO₂【A.?Verma,?A.K.?Jha,?S.?Basu.?Manganese?dioxide?as?a?cathode?catalyst?for?direct?alcohol?or?sodium?borohydride?fuel?cell?with?a?flowing?alkaline?electrolyte.?Journal?of?Power?Sources,?141?(2005)?30-34】，Ag【B.H.?Liu,?S.?Suda.?Influences?of?fuel?crossover?on?cathode?performance?in?a?micro?borohydride?fuel?cell.?Journal?of?Power?Sources,?164?(2007)?100-104】等催化劑。使得直接硼氫化鈉燃料電池與其他燃料電池相比具有更大的催化劑選擇的靈活性和成本降低的可能性。

直接硼氫化鈉燃料電池的陽極通常采用儲氫合金為催化劑【L.B.?Wang,?C.A.?Ma,?X.B.?Mao,?J.F.?Sheng,?F.Z.?Bai,?F.?Tang.?Rare?earth?hydrogen?storage?alloy?used?in?borohydride?fuel?cells.?Electrochemistry?Communication,?7?(2005)?1477-1481.】，其陽極的常規制備過程為：將儲氫合金粉與適當比例的碳粉、Nafion溶液混合調制為漿料，涂覆于泡沫鎳表面干燥即可作為陽極。添加碳粉的主要目的是增強導電性，使儲氫合金催化氧化硼氫化鈉時產生的電子能順利通過碳粉和泡沫鎳導往陰極；添加Nafion的主要目的是增強催化劑顆粒與泡沫鎳的粘結性，防止催化劑顆粒在析氫產生氫氣泡時被沖刷剝落脫離泡沫鎳。

雖然許多研究通過調節碳粉和Nafion溶液的比例能夠改善陽極的導電性和壽命，獲得較好的電池輸出性能。然而這種工藝存在無法避免的先天性不足。首先，由于儲氫合金通過碳粉與泡沫鎳接觸，至少存在儲氫合金—碳粉和碳粉—泡沫鎳兩個界面，對電子傳導的穩定性帶來很大的不確定性。其次，儲氫合金和碳粉都是通過Nafion粘結在泡沫鎳表面，這種結合是脆弱不穩定的，當燃料流速加快以及析氫產生氫氣泡加劇時，在持續沖刷作用下，儲氫合金和碳粉很可能被剝離泡沫鎳從而失活。再次，儲氫合金如果絕大部分表面被碳粉或Nafion包埋住，則無法接觸燃料，無法起到催化作用，也即其空間利用率低。

發明內容

本發明為了克服現有技術的陽極存在的電子傳導不穩定、結合力差和催化劑空間利用率低的問題，本發明提供了一種陽極的電子傳導穩定、結合力好、催化空間利用率高的一種燃料電池陽極及其原位制備方法。

一種燃料電池陽極，以泡沫鎳為集流體，泡沫鎳的表面分布有Pd納米短棒，該Pd納米短棒作為燃料電池的陽極催化劑。

進一步，Pd納米短棒之間互不重疊；Pd納米顆粒之間互不重疊。

所述的燃料電池陽極的原位制備方法，包括以下步驟：

1）、以泡沫鎳作為陽極催化劑的載體和集流體裝在陽極極板的一側；以Pt/C催化劑為陰極裝配成直接硼氫化鈉燃料電池，將電池升溫到80?^oC；