碳修饰海绵负载镍硼氢化物燃料电池阳极材料的制备方法

摘要

本发明提供的是一种碳修饰海绵负载镍硼氢化物燃料电池阳极材料的制备方法。用丙酮和乙醇将海绵清洗数次，在110-130℃下干燥10-15h；取100-150mg碳和500mg十二烷基笨磺酸钠溶于50mL蒸馏水中，超声10-15h得到悬浮液；将清洗过的海绵浸入所述悬浮液中，静置30s后取出，在110-130℃下干燥2h后用大量的蒸馏水洗涤,进而在110-130℃下干燥2-4h，制成导电的碳修饰海绵；取含有2mol dm

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种直接硼氢化物燃料电池的阳极材料的制备方法。

背景技术

直接硼氢化物燃料电池(DBFC)是以硼氢化物为燃料的燃料电池，NaBH₄是含氢量很高 (11wt.%)的储氢材料，理论上NaBH₄的直接电氧化可为8e-反应，参见（1）式：

BH₄^-+8OH^-→BO₂^-+4H₂O+8e^-    (1)

DBFC有很高的能量密度（比能量为9300Wh/kg）、比容量（5668Ah/kg）和电池电压（阴 极为O₂时1.64V）；NaBH₄不易燃、毒性低（除非吞食，否则无害）、不产生CO₂，理论上NaBH₄可以使用非铂催化剂；NaBH₄溶液能充当热交换介质来冷却电池而无须额外的冷却板；水的电 渗拖曳可用做阴极反应物，而无须象氢气那样需要润湿。这些特性对于燃料电池的设计和组 装是非常有益的。NaBH₄电氧化催化剂主要分为两大类，一类是Pt、Pd、Au、Ir等贵金属，其 中Pt的电催化活性最高，但也易于发生NaBH₄的水解反应，参见（2）式：

NaBH₄+2H₂O→4H₂+NaBO₂    (2)

可参阅Kui Cheng;Dianxue Cao;Fan Yang;Dongming Zhang;Peng Yan;Jinling Yin; guiling wang.Pd doped three-dimensional porous Ni film supported on Ni foam and its  high performance towards NaBH₄ electrooxidation.Journal of Power Sources,2013,242: 141-147，以及Cao Dianxue,Gao Yinyi,Wang Guiling,Miao Rongrong,Liu Yao.A direct  NaBH₄-H₂O₂ fuel cell using Ni foam supported Au nanoparticles as electrodes. International Journal of Hydrogen Energy,2010,35:807-813.。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高硼氢化钠燃料电池阳极活性，成本低廉的碳修饰海绵 负载镍硼氢化物燃料电池阳极材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

（1）用丙酮和乙醇将海绵清洗数次，进而将其在110-130℃下干燥10-15h备用；

（2）取100-150mg碳和500mg十二烷基笨磺酸钠溶于50mL蒸馏水中，超声10-15h得到 悬浮液；

（3）将清洗过的海绵浸入所述悬浮液中，静置30s后取出，在110-130℃下干燥2h后 用大量的蒸馏水洗涤,进而在110-130℃下干燥2-4h，制成导电的碳修饰海绵；

（4）取含有2mol dm^-3的NH₄Cl和0.1mol dm^-3的NiCl₂的混合溶液作为电沉积液，采用 10mA电流，沉积4-6h，最终制成碳修饰海绵负载镍硼氢化物燃料电池阳极材料。

所述碳为碳纳米管、活性炭、炭黑或碳纤维。

本发明的实质是采用硼氢化钠燃料电池等的电池结构，以碳修饰海绵负载镍（Ni碳 Sponge）取代钯、金、银等贵金属催化剂，构成燃料电池的阳极。

本发明的优点在于利用Ni碳Sponge作为硼氢化钠直接电优化的催化剂，不但Ni、碳 和海绵的储量极其丰富易得，价格低廉；载体碳Sponge的比表面积大，导电性好；不使用 粘结剂和导电剂；而且催化活性高，性能稳定。解决了硼氢化物燃料阳极放电电流小的问题。

本发明中的碳优选为碳纳米管（MWNTs），得到的产物为NiMWNTsSponge电极材料。 所述海绵包括含有商用海绵、工业海绵、再生海绵以及各种多孔弹性材料等。

具体实施方式

（1）用丙酮和乙醇将海绵清洗数次，进而将其在110-130℃下干燥10-15h备用；

（2）取1030mg碳纳米管（MWNTs）和500mg十二烷基笨磺酸钠(SDBS)溶于50mL蒸馏水 中，超声10-15h得到悬浮液；

（3）将清洗过的海绵浸入所述悬浮液中，静置30s后取出，在110-130℃下干燥2h后 用大量的蒸馏水洗涤,进而在110-130℃下干燥2-4h，制成导电的MWNTs修饰海绵 （MWNTsSponge）；

（4）取含有2mol dm^-3的NH₄Cl和0.1mol dm-³的NiCl₂的混合溶液作为电沉积液，采用 10mA电流，沉积4-6h，最终制成碳修饰海绵负载镍硼氢化物燃料电池阳极材料 （NiMWNTsSponge）。

上述实施方式中的碳纳米管也可以用活性炭、炭黑或碳纤维代替。所得到的产物的作用 与性能如下：

1、以NiMWNTsSponge为工作电极，碳棒为对电极，以Ag/AgCl为参比电极，在2M 的NaOH和0.10M的NaBH₄的溶液中，-0.7V vs.Ag/AgCl的电压下，计时电流密度达321 mA/cm²。

2、以Ni活性炭Sponge为工作电极，碳棒为对电极，以Ag/AgCl为参比电极，在2M 的NaOH和0.10M的NaBH₄的溶液中，-0.7V vs.Ag/AgCl的电压下，计时电流密度达246 mA/cm²。

3、以Ni炭黑Sponge为工作电极，碳棒为对电极，以Ag/AgCl为参比电极，在2M的 NaOH和0.10M的NaBH₄的溶液中，-0.7V vs.Ag/AgCl的电压下，计时电流密度达293mA/cm²。

4、以Ni碳纤维Sponge为工作电极，碳棒为对电极，以Ag/AgCl为参比电极，在2M 的NaOH和0.10M的NaBH₄的溶液中，-0.7V vs.Ag/AgCl的电压下，计时电流密度达382 mA/cm²。