基于离子传导增强的多孔催化剂及其直接硼氢化钠燃料电池的研究

摘要

多孔碳材料具有比传统碳载体更大的比表面积,具备担载更多电催化活性位点的能力.但多孔催化剂的孔内传质阻力较大,特别是孔内离子难以有效传导,导致电极反应的活性位利用率低下,电极过电位增大.直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)是一种电动势高,无需贵金属作为催化剂的高能量密度碱性燃料电池,但较大的阴极极化导致电池能量密度难以提高.强化阴极催化剂的离子传导能力是降低阴极极化的有效手段之一.将阳离子交换树脂(Nafion)真空灌注于多孔催化剂孔道内可强化阳离子传导,以此提高催化位点利用率.得到的产物通过球磨粉碎得到外表面无树脂覆盖的催化剂粒子,以此避免树脂对粒子外表面覆盖对电子导电性的影响,从而降低电极极化提高催化性能.研究表明,以葡萄糖为碳源、吡咯为氮源、硝酸钴为过渡金属源制备的阴极催化剂,通过电子、离子传导强化处理,催化性能显著提高.使用了强化处理的催化剂的DBFC,室温下最大功率密度达到了280 mW·cm-2,其性能超过了铂的质量分数为28.6％ 的碳载铂催化剂.