[發明專利]碳修飾化妝棉負載鈀H2O2基燃料電池陰極材料的方法

有效

• 申請號: 201310363025.3
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103400996A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 王貴領;張棟銘;劉新偉;曹殿學;閆鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種H₂O₂基燃料電池陰極材料的制備方法。

背景技術

近年來，隨著能源危機的進一步加劇，作為一種新型的高效、清潔能源轉換裝置，燃料電池已經越來越引起人們的關注。其中，以H₂O₂作為氧化劑的燃料電池，具有電化學活性高，易于儲存、運輸和操作等優點，可在一些特殊的環境（空間或者水下等無氧環境）代替O₂，尤其是在幾種有代表性的低溫燃料電池中的研究更是成為當下的研究熱點。

H₂O₂電還原的催化性能是直接關系到燃料電池的性能的一個重要影響因素。所以，制備高性能的催化劑是提高以H₂O₂為氧化劑的燃料電池性能的關鍵。在幾種H₂O₂電還原的催化劑中（貴金屬、過渡金屬氧化物、大環的分子以及生物酶等），過渡金屬氧化物由于其價格低廉，污染小，性能高等特點引起了廣泛地關注。一般來說，燃料電池的電極是由催化劑粉末混合聚合物粘結劑、導電碳混合攪拌形成糊狀，然后涂覆在集流體上干燥得到。這種傳統的制作電極的方式由于引入聚合物粘結劑，導致有些催化劑不能很好的和電解液接觸，從而引起低的催化劑利用率以及低導電率等缺點。此外，導電碳粉和聚合物粘結劑在長時間測試中或者大電流放電下不穩定，會引起脫落，從而影響電極的性能。基于以上的考慮，許多研究集中在制備直接生長在集流體上具有特殊納米結構的金屬氧化物。由于催化與集流體直接接觸，有利于催化劑與溶液接觸以及電子的傳導。這種特殊的納米結構，也能促使H₂O₂水解產生的氣泡得以迅速地擴散出來，以免占據催化劑表面的活性位。H₂O₂直接電還原存在的主要問題，是H₂O₂電還原活性不高，直接電還原反應如(1)式所示：

HO₂^-+H₂O+2e→2OH_ads^-+OH^-???(1)

可參閱Fan?Yang,Kui?Cheng,Tianhao?Wu,Ying?Zhang,Jinling?Yin,Guiling?Wang,Dianxue?Cao.Au–Pd?nanoparticles?supported?on?carbon?fiber?cloth?as?the?electrocatalyst?for?H₂O₂electroreduction?in?acid?medium.Journal?of?Power?Sources,2013,233:252-258，以及Kui?Cheng,Fan?Yang,Yang?Xu,Lin?Cheng,Yanyan?Bao,Dianxue?Cao,Guiling?Wang.Pd?doped?Co₃O₄nanowire?array?as?the?H₂O₂electroreduction?catalyst.Journal?of?Power?Sources,2013,240:442-447。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能成本低、催化活性好、能避免過氧化氫分解的碳修飾化妝棉負載鈀H₂O₂基燃料電池陰極材料的方法。

本發明的目的是這樣實現的：

（1）用丙酮和乙醇將化妝綿清洗數次，在110-130℃下干燥10-15h；

（2）取100-150mg碳和500mg十二烷基笨磺酸鈉溶于50mL蒸餾水中，超聲10-15h得到懸浮液；

（3）將清洗過的化妝綿浸入所述懸浮液中，靜置30s后取出，在110-130℃下干燥2h后，用大量的蒸餾水洗滌，進而在110-130℃下干燥2-4h，制成導電的碳修飾化妝棉；

（4）取含有0.6mol?dm^-3的NaPdCl₄和0.06mol?dm^-3的NaCl的混合溶液作為電沉積液，采用5-15mA?cm^-2電流，沉積4-6h，最終制成碳修飾化妝棉負載鈀。

所述的碳可以是碳納米管、活性炭、炭黑或碳纖維。