纳米Au/Ni电极作为直接NaBH/HO燃料电池催化剂的研究

摘要

直接NaBH4/H2O2燃料电池是一种采用液态燃料和氧化剂的新型燃料电池。NaBH4具有安全、无毒，化学稳定性好，在干燥的状态下运输方便，反应活性高，并具有较高的能量密度和容量密度等优点，H2O2反应活化能低。但是NaBH4和H2O2都容易分解产生气体，降低电池的性能。本论文主要研究直接NaBH4/H2O2燃料电池高性能电极。
　　 本论文分别以电沉积法和置换法制备了直接NaBH4/H2O2燃料电池阴阳极催化剂Au/Ni，考察了制备条件对催化剂形貌和性能的影响。电沉积法是以氯金酸，亚硫酸氨，柠檬酸为电沉积溶液。化学置换法是以氯金酸溶液作为化学置换溶液，考察超声，干燥时间，浓度，以及时间对反应的影响。利用SEM、循环伏安图分析了电极的结构、表面形态以及沉积层的物相成分，发现电沉积法制备的电极，泡沫镍表面被致密的金覆盖。化学置换法可获得颗粒大小在50nm左右的Au，并在泡沫镍表面均匀分布。
　　 考察了两种催化剂对NaBH4电氧化的催化性能，发现电沉积法制得的Au/Ni催化NaBH4的起始电位在-0.6 V左右，当NaBH4浓度为0.4 mol.dm-3，电位在-0.4 V时，电流密度是40mA.cm-2。化学置换法获得的最佳Au/Ni电极催化NaBH4氧化的起始电位在-1.2 V左右，当NaBH4的浓度为0.05mol.dm-3，电位-0.8V时，电流达75 mA.cm-2。
　　 考察了两种催化剂对H2O2电还原的催化性能。电沉积制备的电极催化H2O2的起始还原电位在-0.1 V左右，当浓度达到0.5 mol.dm-3时，极限扩散电流密度达到-45mA.cm-2。置换法制备的电极催化H2O2还原得起始电位在-0.15V左右，当H2O2的浓度是0.4 mol.dm-3时，能够达到最大电流是70mA.cm-2。
　　 以置换反应得到的电极组装电池，当NaBH4浓度为0.1～0.2 mol.dm-3，H2O2浓度是0.4 mol.dm-3，NaOH浓度为2mol.dm-3，温度是40℃，在放电电流密度为150 mA.cm-2时，达到最大功率密度74.8 mW.cm-2。当温度从25℃升高到60℃时，电池的最大功率密度从43 mW.cm-2提高到102 mW.cm-2。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1概述

1.1.1直接NaBH4燃料电池概述

1.1.2硼氢化钠的阳极氧化

1.1.3阳极氧化催化剂研究进展

1.1.4过氧化氢的阴极还原

1.1.5直接NaBH4/H2O2燃料电池性能

1.2选题意义和主要研究内容

1.2.1选题意义

1.2.2研究内容

第2章实验部分

2.1实验试剂及仪器

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.2电极的制备表征及电化学测试

2.2.1电极的制备

2.2.3催化剂表征

2.3电化学测试

2.4直接NaBH4/H2O2燃料电池的组装测试

2.4.1 Nafion膜的处理

2.4.2 NaBH4/H2O2燃料电池的组装

2.4.3电池测试

第3章纳米Au/Ni电极上NaBH4和H2O2电化学反应的研究

3.1循环伏安法制备Au/Ni电极的研究

3.1.1Au/Ni电极的循环伏安分析

3.1.2Au/Ni电极的SEM分析

3.1.2 Au/Ni电极催化NaBH4氧化的性能

3.1.2 Au/Ni电极催化H2O2还原的性能

3.2化学置换法制备纳米Au/Ni电极的研究

3.2.1不同条件制备纳米Au/Ni电极SEM图的比较

3.2.2不同条件制备纳米Au/Ni电极催化NaBH4氧化以及H2O2还原的性能

3.2.3电解液组成对NaBH4电氧化的影响

3.2.4电解液组成对H2O2电还原的影响

3.2.5两种制备方法催化性能的比较

3.3本章小结

第4章直接NaBH4/H2O2燃料电池的性能测试

4.1概述

4.2电池性能研究

4.2.1阳极电解液中BH4-浓度对电池性能的影响

4.2.2阴极极电解液中H2O2浓度对电池性能的影响

4.2.3温度对电池性能的影响

4.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢