直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阳极催化剂的研究进展

直接硼氢化物燃料电池(DBFC)具有理论电池电压高和能量密度大等特点,而其阳极催化剂是决定电池性能的关键因素之一。因此,研究者们在提高阳极催化剂催化活性和降低催化剂成本方面开展了大量的研究工作。本文在简要介绍DBFC工作原理和阳极反应机理的基础上,从催化剂种类和性能角度综述了近年来DBFC中贵金属、过渡金属以及储氢合金阳极催化剂的主要研究进展,指出了阳极催化剂研究所面临的问题,同时提出了今后的发展方向。

AgNi合金作为直接硼氢化物燃料电池的阳极催化剂

采用机械球磨法制备银镍合金,并将其用作直接硼氢化物燃料电池(DBFC)的阳极催化剂.XRD和SEM实验表明,这种催化剂为纳米粒子集聚的微米颗粒,具有二元合金的典型结构特征.电化学实验表明,AgNi合金不仅能够催化硼氢化物的直接电化学氧化,而且可以抑制硼氢化物的化学水解.当采用AgNi/C作为DBFC电池的阳极催化剂时,硼氢化钾的放电容量在3500mAh·g-1以上,对硼氢化物燃料的利用率可达90%以上.

直接硼氢化物燃料电池

直接硼氢化物燃料电池是一种新型的燃料电池,具有理论比能量高、产物清洁无污染、燃料易于储存和运输等特点,可广泛应用于小型便携式电子产品和移动电源,近年来受到越来越多研究者的关注。本文在介绍直接硼氢化物燃料电池工作原理的基础上讨论了阳极催化剂和阴极催化剂的研究进展,探讨了电解液和温度等条件对电池性能的影响,简要分析了发展直接硼氢化物燃料电池面临的主要问题。

双核双金属酞菁(FeCoPc_2)阴极催化直接硼氢化物燃料电池

研制一种无膜型直接硼氢化物燃料电池(DBFC).循环伏安测试发现FeCoPc2在碱性溶液中对氧还原具有催化作用.稳态极化曲线表明,由于FeCoPc2结构具有较强的共轭效应以及Fe、Co在催化中的协同作用使它比FePc、CoPc具有更强的氧还原能力,并获得了110mW/cm2的功率密度.恒电流放电测试表明该燃料电池性能具有良好的稳定性.

钴酞菁为阴极催化剂的直接硼氢化物燃料电池

直接硼氢化物燃料电池(DBFC)因其高的理论电压和阳极电氧化速率而引起广泛的关注。在本研究中,建立了以碳载钴酞菁(CoPc/C)为阴极催化剂、AB5型储氢合金为阳极催化剂的DBFC体系,测试表明,CoPc/C阴极在BH4-碱性溶液中不仅表现出优越的氧还原催化活性,而且对BH4-没有催化活性,因此,在此体系中的DBFC可以不使用任何离子交换膜。实验中测得的最大功率密度为65mW/cm2,并具有良好的稳定性。

被动式直接硼氢化物燃料电池堆的设计与测试

设计了一种无膜型被动式直接硼氢化物燃料电池(DBFC)堆,对由4个电池单元(电极面积为2 cm2)通过后空翻式串联而成的电池堆研究表明:其开路电位达3.6 V,最大功率达400 mW;采用KBH4为燃料时DBFC的性能优于NaBH4;放电稳定性主要受硼氢化钾水解产生的H2气泡影响较大。

直接硼氢化物燃料电池阳极电催化剂研究进展

以硼氢化物作为燃料电池的燃料因其高的理论电动势和比能量而引起研究者的广泛关注。理论上,BH4-的电氧化反应为八电子反应,但实际上由于所用阳极电催化剂的不同,BH4-电氧化释放出的电子数也不同。如何抑制BH4-在阳极的水解反应,促进其八电子氧化反应一直是直接硼氢化物燃料电池研究中的核心问题。综述了近几年来国内外在直接硼氢化物燃料电池阳极电催化剂方面所取得的研究进展,并对这一领域中需要深入研究的主要问题进行了论述。

氧化铈作为阴极催化剂在直接硼氢化物燃料电池中的应用

研究以氧化铈(CeO2)作为直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阴极催化剂的性能.结果表明:氧化铈对氧还原具有良好的催化效能,但对BH4-离子水解没有明显的促进作用,而且还能抑制它在正极的氧化.以氧化铈为阴极催化剂组装成的模拟单室燃料电池在常温下的最高功率密度为67.8mW·cm-2,运行稳定.

储氢合金作为直接硼氢化物燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接硼氢化物燃料电池(DBFC)是一种可以直接将化学能转化成电能的新型燃料电池,该类电池因具有理论电压高、能量密度大、环境污染小等优点而备受关注。然而,在DBFC工作的过程中,BH 4 -容易发生水解而释放出氢气,导致实际转移的电子数目减少,燃料利用率降低,同时生成的氢气还会给电池带来隐患。研究表明,DBFC的性能很大程度取决于硼氢化物分子在DBFC阳极上发生的电化学反应,而阳极上的电化学反应又直接受阳极催化剂的控制。因此,阳极催化剂是影响DBFC电化学性能的关键因素。以往研究者们多采用贵金属单质(例如Au、Pt、Ag、Pd等)或贵金属合金作为DBFC阳极催化剂,也有的采用过渡金属(例如Ni)。贵金属催化剂具有优异的催化性能,但高昂的成本限制了它们的广泛应用。过渡金属成本较低,但其催化性能却不够突出。因此,阳极催化剂的选择是DBFC能否广泛应用的关键。近年来,具有可逆吸、放氢性能的储氢合金由于其特殊的储氢特性引起了DBFC研究者们的极大关注,他们将储氢合金用作DBFC阳极催化剂。研究表明,储氢合金除了具有与贵金属催化剂相类似的催化能力外,还能将DBFC工作过程中发生的水解副反应释放出来的氢吸附(或存储),并在一定条件下再将氢以电能的形式释放出来,从而提高了燃料的利用率。此外,储氢合金作为DBFC阳极催化剂,不仅降低了原材料成本,还抑制了水解副反应,从而提高了燃料的利用率,同时该合金在稳定性方面也有一定的优势。为进一步发挥储氢合金的催化性能,研究者们对储氢合金进行表面修饰、晶体结构改变、成分优化等多角度研究。理论和实验研究证明,储氢合金是一种具有应用潜力的DBFC非贵金属催化剂。本文在简要说明DBFC工作原理、介绍储氢合金吸放氢机理以及储氢合金作为DBFC阳极催化剂反应机制的基础上,综述了近年来储氢合金作为DBFC阳极催化剂的研究进展,特别对比了近年来研究比较多的AB 5型和AB 2型储氢合金作为DBFC阳极催化剂的性能。最后指出了储氢合金作为DBFC阳极催化剂存在的问题和未来发展趋势。

直接硼氢化物燃料电池——新课标高中化学燃料电池内容拓展

本文为学生阅读材料,介绍直接硼氢化物燃料电池,帮助一线教师实施新课标高中化学教学。

直接硼氢化钠燃料电池的研究进展

综述了直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)的催化剂、电解液、隔膜以及工作条件的研究进展,并对硼氢根(BH4-)水解和NaBH4"穿透"等进行了论述。

Co_3O_4电催化BH_4^-及在DBFC燃料电池堆中的应用

将Co_3O_4应用到直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阳极催化剂中。循环伏安曲线、交流阻抗谱测试表明,Co_3O_4在碱性溶液中对KBH4的电氧化具有良好的催化作用;在以氢镍电池专用隔膜纸(FS2226-14E)为隔膜的条件下,与LaNiO_3/C双功能空气电极组成DBFC的最大放电功率密度为92 mW/cm^2。在此基础上,设计了一种能够实现物料互联和电子互联的圆柱DBFC堆,该电池堆由6个电池单元(有效电极面积1 cm2)组成的电池堆进行了结构设计,采用3D打印技术进行一次成型,选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS,密度为1.02 g/cm^3)为电池堆材料,对电池堆的电性能测试表明:开路电压可达6.2 V,最大功率为425 mW(对应的放电电流为120 m A),且具有良好的稳定性。

硼氢化物直接氧化的二元催化剂研究进展

直接硼氢燃料电池(DBFC)是一种以NaBH4/KBH4碱性溶液为阳极燃料的新型燃料电池。催化剂的种类严重影响着硼氢化物的直接氧化。综述了近年来直接硼氢燃料电池(DBFC)阳极用Ni-Pt、Ni-Pd、Ag-Ni、Au-Co、Au-Pt等二元催化剂的研究现状。

直接硼氢化物燃料电池用非贵金属钴基阳极催化剂的研究进展

直接硼氢化物燃料电池(DBFC)是一种将存储在硼氢化物中的化学能(氢能)在阳极催化剂作用下直接转化为电能的新型氢燃料电池。由于该类电池具有理论电池电压高、能量密度大、绿色清洁及便于携带等优点而备受研究者的青睐。DBFC的阳极催化剂是决定电池性能的关键因素。以往阳极催化剂多采用贵金属及其合金。贵金属催化剂具有优越的催化活性和稳定性,但贵金属资源有限且成本高。为降低成本、扩大应用范围,近年来研究人员开始寻找非贵金属催化剂。Co基催化剂是一类非贵金属催化剂,因其活性高、比贵金属便宜等优点而受到研究者的重视。从Co基催化剂的种类、制备方法和性能角度出发,对近几十年来Co基催化剂的研究成果进行分析、梳理。同时对Co基催化剂今后的发展进行展望。

燃料电池汽车氢源

从直接储氢和间接制氢两方面来阐述燃料电池汽车氢源 ;重点介绍气态、液态、金属氢化物。

非晶态金属硼化物用作DBFC阳极催化剂

采用化学还原法合成非晶态金属硼化物CoB合金和Co-W-B合金,并用于直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阳极催化剂。XRD、透射电子显微镜(TEM)和X射线能谱(EDX)分析表明:两种合金均为非晶态、小球状结构,Co-W-B合金的粒径小于CoB合金。电池性能测试显示:两种合金用作DBFC阳极催化剂,均有良好的电催化活性;15℃时,使用CoB合金和Co-W-B合金的电池,本征输出功率密度分别为220 mW/cm2和350 mW/cm2;约168 h后,电池的电压仍能维持在约1.0 V。

直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阳极材料及反应机理

以碱金属硼氢化物为燃料的直接硼氢化物燃料电池(DBFC),是一种有发展潜力的移动电源。DBFC阳极过程是一个复杂的H--H0*-H+之间价态转化的电极反应体系,涉及BH 4-的电氧化反应、BH 4-的水解释氢反应与氢的电氧化反应,该过程不仅与电极材料有关,也与反应条件有关。研究能有效抑制释氢的廉价阳极催化材料,是DBFC实用化的关键。本文对近年来报道的DBFC阳极催化材料以及BH 4-在不同阳极材料上的电化学氧化反应机理进行了综述,并归纳出需要深入研究的主要问题。

直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的研究进展

缓慢的阴极氧还原动力学和催化剂稳定性是制约直接硼氢化物燃料电池商业化的关键因素之一。为此,研究者在提高催化剂的催化活性与稳定性和降低催化剂成本方面开展了大量的研究工作。本文在简要介绍直接硼氢化物燃料电池的工作原理和阴极氧还原反应机理的基础上,从催化剂性能和反应机理角度综述了近年来直接硼氢化物燃料电池中贵金属和非贵金属两类阴极催化剂的主要研究进展,指出了阴极催化剂研究所面临的问题,同时提出了阴极催化剂研究的新的发展方向。

氧化镧作为直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的研究

通过采用线性电势扫描(LSV)和恒电流计时电势扫描方法对氧化镧作为直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的电化学性能进行了研究。实验结果表明:在单室燃料电池体系中,氧化镧对氧还原具有良好的活性,同时在强碱溶液中对硼氢根离子具有很强的稳定性且对硼氢根的水解没有任何促进作用。以镍基储氢合金作为电池的阳极催化剂组装成简单的单室燃料电池,电池的开路电压达到1.052 V,在常温下(21℃),电池于0.491 V获得最高功率密度65.25 mW.cm-2,电池运行稳定。