[發明專利]一種堿性體系水合肼燃料電池負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202111503477.8
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114204043A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 陳忠偉;馬歌;王新
• 申請（專利權）人: 先進能源產業研究院（廣州）有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/083
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 黃靜

本發明屬于燃料電池的技術領域，具體的涉及一種堿性體系水合肼燃料電池負極材料及其制備方法。所述堿性體系水合肼燃料電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：(1)制備氫氧化鎳納米片陣列；(2)制備水合肼燃料電池負極材料。通過該制備方法制得的負極材料具有優異的機械強度和柔韌性，電化學活性穩定，且制備方法簡單，成本低廉，在水合肼燃料電池方面具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于燃料電池的技術領域，具體的涉及一種堿性體系水合肼燃料電池負極材料及其制備方法。

背景技術

在21世紀，能源環境等問題是目前比較突出的生態問題之一，尋找新型能源技術是科學工作者們致力的工作之一。當今燃料電池發展迅猛，是目前安全高效的電池技術之一。人們正通過不斷的探索和開發來提高燃料電池的效率，而電極的狀態，大小和表面結構等因素對燃料電池的電催化活性會產生重要的影響。優化電極材料的組成和結構成為提高電化學活性的前提。目前燃料電池的電極大多為貴金屬等材料，且大多數缺少穩定性評價，因此亟需結構穩定，性能優異，價格低廉的燃料電池電極材料。水合肼(N2H4)作為一種理想的燃料，含氫量高達12.5％，發生電化學氧化時產物只有氨氣和水，此外直接水合肼燃料電池的能量密度高達5.419Wh·g^-1。基于上述優勢，直接水合肼燃料電池逐漸引起研究人員的關注。

在水合肼燃料電池的發展過程中存在的主要問題還是如何提高催化劑的催化性能進而提高電池的發電性能。水合肼燃料電池的陰極反應是ORR，陽極反應是N₂H₄的電化學氧化反應，因此電催化劑的選擇對電池性能的影響至關重要。大多數貴金屬基陽極催化劑都表現出較好的催化活性，但是考慮到成本高昂的問題，近幾年以Ni和Co為主體的陽極催化劑也開始進入人們的視野，大量的研究也表明過渡金屬基材料也可以表現出優異的水合肼催化氧化活性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有水合肼燃料電池性能受限，成本高昂的技術問題而提供一種堿性體系水合肼燃料電池負極材料及其制備方法，通過該制備方法制得的負極材料具有優異的機械強度和柔韌性，電化學活性穩定，且制備方法簡單，成本低廉，在水合肼燃料電池方面具有良好的應用前景。

本發明的技術方案為：一種堿性體系水合肼燃料電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備氫氧化鎳納米片陣列：首先將氯化鎳和鎳氰化鉀溶于去離子水中，攪拌均勻得到混合溶液；將導電襯底置于混合溶液中，室溫下靜置后得到藍色水凝膠，且置于其中的導電襯底均勻包覆有水凝膠；然后配制NaBH₄溶液加入所得水凝膠中，在70℃下恒溫攪拌，待冷卻至室溫后采用去離子水沖洗，得到均勻生長在導電襯底上的有序氫氧化鎳納米片陣列；

(2)制備水合肼燃料電池負極材料：稱取次磷酸鈉和步驟(1)所得均勻生長有氫氧化鎳納米片陣列的導電襯底分別置于管式爐的上風口和下風口，在氬氣或氮氣保護下在500℃進行退火處理；待自然冷卻至室溫得到水合肼燃料電池負極材料。

所述步驟(1)中氯化鎳與鎳氰化鉀的質量比為2:1。

所述步驟(1)中室溫下靜置6～12h。

所述步驟(1)中NaBH₄溶液濃度為0.1～2g/mL，用量為100～200mL。

所述步驟(1)中恒溫攪拌8～10h。

所述步驟(1)中導電襯底包括但不限于泡沫鎳、泡沫銅、泡沫碳、碳布和碳紙。泡沫鎳提供柔韌的襯底；泡沫鎳獨特的3D多孔結構促進了反應中間氣體的傳輸，避免中間氣體吸附在催化劑表面而導致催化劑失活；同時泡沫鎳具有很強的導電性，可以促進電子傳輸。

所述步驟(2)中次磷酸鈉為2～3g。

所述步驟(2)中管式爐的升溫速率1～5℃/min；退火處理時間為2～5小時。