添加剂对DBFC镍阳极催化性能的影响

论文摘要

直接硼氢化物燃料电池（DBFC）是一种新型的高比能便携式燃料电池,因理论电压和比能量高,燃料易于储存和运输等优势,成为近年来国内外燃料电池领域的研究焦点。理论上BH4–的电化学氧化是8电子反应,但实际上由于所用阳极催化剂的不同,BH4–电氧化所释放的电子数不同。因此阳极催化剂的研究对DBFC的应用显得尤为重要。因贵金属价格昂贵,所以研究非贵金属阳极催化剂是降低DBFC生产成本的重要途径,因此本论文中选用较廉价的非贵金属镍（Ni）作阳极催化剂,对其催化性能进行了深入的研究。首先,采用循环伏安法研究了碱性介质中Ni对BH4–电化学氧化反应的催化性能。结果发现:BH4–在Ni上电化学氧化的循环伏安曲线只有一个氧化峰,峰电位约为-0.7V,回扫过程中没有峰;而在Pt电极上,BH4–的电化学氧化过程存在两个峰,峰电位在-0.40V范围内,而且回扫时也出现了两个氧化峰。这表明:BH4–在Ni上的氧化过程比Pt上的简单,氧化峰电位更负。其次,由于Ni金属在碱性介质中易被腐蚀,从而失去对BH4–电化学氧化的催化活性,所以采用循环伏安法研究了胺基类、醇类、氨基酸及醇胺类有机物添加剂对碱性介质中Ni催化性能的影响。实验结果表明:六次甲基四胺、三乙烯四胺及甘氨酸能促进BH4–的电化学氧化,但不能抑制Ni金属的腐蚀;乙醇和丙三醇不仅不能改善Ni的催化稳定性,而且还阻碍了BH4–的电化学氧化;乙醇胺（MEA）能够有效改善Ni的催化稳定性,但不能促进BH4–的电化学氧化;最后,采用循环伏安、交流阻抗及恒电流放电等电化学测试方法研究了乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）和三乙醇胺（TEA）三种添加剂对Ni催化性能的影响。研究结果表明:三种添加剂均能有效地抑制碱性介质中Ni的腐蚀,其最佳浓度范围依次为:0.04940.0606mol/L、0.06180.0759mol/L、0.06430.0738mol/L。研究还结果表明:TEA添加剂的效果最好,不仅能有效抑制Ni金属的腐蚀,还能促进BH4–的电化学氧化。X-射线衍射测定结果进一步证实了添加剂TEA对Ni金属的腐蚀具有缓蚀作用。另外,升高温度可以强化这三种添加剂的缓蚀作用。其中,TEA添加剂的效果受温度的影响最小。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 燃料电池概述
• 1.3 直接硼氢化物燃料电池
• 1.3.1 硼氢化钠的性质及应用
• 1.3.2 DBFC 的研究背景及发展历史
• 1.3.3 DBFC 的工作原理
• 1.3.4 DBFC 的特点
• 1.4 直接硼氢化物燃料电池的研究现状
• 1.4.1 阳极催化剂的研究
• 1.4.2 阴极催化剂的研究
• 1.4.3 电解液添加剂的影响
• 1.5 本论文的工作思路和主要研究内容
• 2 实验仪器和药品
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器
• 2.3 电极的制作与处理
• 2.4 电化学测试方法
• 2.4.1 循环伏安法
• 2.4.2 交流阻抗测试
• 2.4.3 恒电流充放电
• 2.5 X-射线衍射法
• 2.6 溶液的配置
• 3 结果与讨论
• 3.1 Ni 对硼氢化钠直接氧化的催化
• 3.2 添加剂对Ni 催化性能的影响
• 3.2.1 胺基类添加剂
• 3.2.2 羟基类添加剂
• 3.2.3 氨基酸类添加剂
• 3.2.4 醇胺类添加剂
• 3.3 醇胺类添加剂效果的研究
• 3.3.1 浓度对乙醇胺类添加剂效果的影响
• 3.3.2 温度对乙醇胺类添加剂效果的影响
• 3.4 醇胺类添加剂效果的比较
• 3.4.1 循环伏安
• 3.4.2 交流阻抗
• 3.4.3 开路电位
• 3.4.4 放电性能
• 3.5 Ni 电极的XRD
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录