直接硼氢化物燃料电池阳极催化剂研究

论文摘要

直接硼氢化物燃料电池（DBFC）是以硼氢化物的碱性溶液为燃料,将化学能直接转化为电能的新型燃料电池。同一般燃料电池相比,DBFC具有更高的输出电压和功率密度、可用普通镍基催化剂来替代贵金属等优点。而且硼氢化物是固体粉末,在运输、储存和使用方面拥有巨大优势。本文以多元储氢合金LmNiCoMnAl（Lm为混合稀土）为催化剂,对该合金在硼氢化物溶液中的电化学行为和性能进行全面的研究。同时通过化学反应,对多元合金进行Au和CoO的包覆改性,期望能提高合金材料的性能。文章采用XRD、SEM-EDS等材料表征手段来分析合金材料的结构、组成和形貌,用极化曲线、循环伏安等电化学方法来研究合金材料的电化学性能。研究结果表明：用化学还原方法对多元合金进行Au和CoO的包覆改性是可行的。多元合金的包覆改性,大幅度提高了合金材料的电化学性能和燃料利用率,其中包覆Au后材料性能的提高较为显著,其燃料利用率达到75%。DBFC电池性能的影响因素较多,其中温度对电池性能的影响较显著。当以纯多元合金为阳极催化剂时,在阳极液为4M KOH+1MKBH4,阴极液为5M H202+2M H2S04,温度70℃条件下,DBFC的开路电压为1.76V,能承受的最大放电电流为400mA,最大单电池放电功率为277mW。而包覆Au后,在相同条件下,电池开路电压达到了1.9V,最大放电功率高达470mW,最大放电电流达到750mA。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 燃料电池概述
• 1.1.1 燃料电池的发展
• 1.1.2 燃料电池的特点
• 1.1.3 燃料电池的分类
• 1.2 直接硼氢化物燃料电池（DBFC）
• 1.2.1 DBFC的工作原理
• 1.2.2 DBFC的特点
• 1.3 DBFC的研究进展
• 1.3.1 DBFC阳极材料的研究进展
• 5型储氢合金'>1.3.2 AB₅型储氢合金
• 1.3.3 DBFC的燃料浓度
• 1.3.4 DBFC阴极材料
• 1.3.5 DBFC的膜材料
• 1.3.6 DBFC的性能影响因素
• 1.4 本文的选题和主要工作内容
• 参考文献
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验仪器与设备
• 2.2 化学试剂
• 2.3 储氢合金的表面处理
• 2.3.1 表面包覆
• 2.3.2 酸处理/碱处理
• 2.3.3 还原剂处理
• 2.4 表征方法简介
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）
• 2.4.2 X射线光电子能谱仪（XPS）
• 2.4.3 扫描电镜（SEM）
• 2.4.4 循环伏安（CV）
• 2.5 实验装置
• 2.5.1 三电极体系
• 2收集装置'>2.5.2 H₂收集装置
• 2.5.3 电池的组装过程
• 2.5.4 电池性能测试
• 参考文献
• 5型储氢合金作为DBFC阳极催化剂的研究'>第三章 AB₅型储氢合金作为DBFC阳极催化剂的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 合金结构
• 3.2.2 合金结构和形貌分析
• 3.2.3 电极制备
• 3.2.4 电化学性能表征
• 3.2.5 燃料利用率
• 3.2.6 单电池的电化学性能
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 多元合金的结构和形貌分析
• 3.3.2 碱液浓度对电极性能的影响
• 4^-的催化行为'>3.3.3 多元合金对BH₄^-的催化行为
• 3.3.4 电池性能测试
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 CoO包覆多元储氢合金作为DBFC的阳极催化剂
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 包覆CoO的多元储氢合金的制备
• 4.2.2 合金结构和形貌分析
• 4.2.3 电极制备
• 4.2.4 电化学性能表征
• 4.2.5 燃料利用率
• 4.2.6 单电池的电化学性能
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 包覆CoO的多元合金的结构和形貌分析
• 4.3.2 合金电极的放电性能
• 4.3.3 燃料利用率
• 4^--的催化行为'>4.3.4 包覆CoO的多元合金对BH₄^--的催化行为
• 4.3.5 电池性能测试
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 Au包覆多元储氢合金作为DBFC的阳极催化剂
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 包覆Au的多元储氢合金的制备
• 5.2.2 合金结构和形貌分析
• 5.2.3 电极制备
• 5.2.4 电化学性能表征
• 5.2.5 燃料利用率
• 5.2.6 单电池的电化学性能
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 包覆Au的多元合金的结构和形貌分析
• 5.3.2 合金电极的放电性能
• 5.3.3 燃料利用率
• 4^-的催化行为'>5.3.4 包覆Au的多元合金对BH₄^-的催化行为
• 5.3.5 电池性能测试
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作的总结
• 6.2 展望
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢