论文摘要
直接NaBH4/H2O2燃料电池是一种燃料和氧化剂均为液体的新型燃料电池,它直接使用含NaBH4的碱性溶液作为燃料。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,高的能量密度和容量密度等突出优点。但是NaBH4在阳极氧化过程中容易释放H2,H2的产生降低了燃料的利用率和电池的性能,增加了结构设计的复杂性,成为阻碍直接硼氢化物燃料电池（DBFC）发展和应用的主要问题。因此有必要对NaBH4的阳极氧化开展研究,以寻求解决阳极释放H2问题的途径。本论文通过循环伏安法研究了NaOH溶液中BH4在纳米Pt-Ru合金（Pt和Ru原子比为1:1）催化剂上的电氧化反应,研究了一种有效减少阳极释放H2问题的新途径,实现NaBH4完全氧化（8电子过程）。论文还研究了Pt-Ru作为阳极催化剂的直接NaBH4/H2O2燃料电池的性能,考察了阳极催化剂Pt和Ru比例,阳极和阴极电解液的组成,温度对电池性能的影响。BH4-在纳米Pt-Ru上电氧化研究表明:当BH4-浓度为0.01 mol/L时,BH4-先被Ru催化水解生成氢,氢再被Pt催化氧化产生8电子的氧化反应。随着BH4-浓度的增加,其氧化反应从先水解产生氢和氢再氧化过渡到BH3OH-氧化,再到BH4-直接氧化。当BH4-浓度≤0.03 mol/L时,阳极电流主要由H电氧化产生,当BH4-浓度>0.03 mol/L时,阳极电流由H,BH3OH-,BH4-电氧化共同产生。阳极电解液中BH4-浓度对阳极氧化反应的影响比OH-明显。电池性能研究表明:当阳极Pt和Ru原子比为3:1,阳极电解液为0.2 mol/LNaBH4+3 mol/L NaOH,阴极电解液为0.6 mol/L H2O2+3 mol/L NaOH,电池在55℃时,最大功率密度达到345 mW/cm2（电流密度629 mA/cm2）。电池在25℃下运行8000 s,250 mA/cm2恒电流放电,电池电压从0.7 V下降到0.4 V;0.7 V恒电压放电,电池的电流密度从260 mA/cm2下降到119 mA/cm2,电池功率密度分别下降43%和54%。电池性能下降主要是电池运行过程中燃料和氧化剂不断消耗造成的。
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标签：直接硼氢化钠燃料电池论文; 纳米铂钌论文; 硼氢化钠氧化论文; 电催化论文;