直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硼氫化物燃料電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑的制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]直接硼氫化物燃料電池(DBFC)，作為一種直接液體燃料電池，兼具質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)和直接甲醇燃料電池(DMFC)的優(yōu)點，其理論比能量高達(dá)93kWh.kg—1(NaBH4),并且具有較高的理論電動勢(1.64V)和理論能量轉(zhuǎn)換率(91%)，安全無毒，是一種理想的燃料電池。
[0003]目前，限制DBFC發(fā)展的主要障礙是:①制作成本高，具有較好催化性能的催化材料多為貴金屬;②陽極硼氫化物的水解降低了燃料利用率;③燃料滲透所導(dǎo)致的封裝問題。
[0004]現(xiàn)今研究的陽極催化劑，主要分為貴金屬類(Au、Pt、Pd等)、過渡金屬類(N1、Cu等)、儲氫合金類和二元合金類(卩(1-11'、4〖-附、411-祖、(:11-?(1等)；關(guān)于上述催化劑的相關(guān)研究較多，例如:
[0005]授權(quán)公告號為CN100463275C的發(fā)明專利申請公開了一種硼氫化物堿性燃料電池，該電池包括陽極、陰極和陰陽極之間的電解質(zhì)，所述的陽極采用AB5型儲氫合金作為催化劑，所述的陰極采用鈣鈦礦型金屬氧化物L(fēng)aMO3作為催化劑組成的陰極催化層，其中的M為Co，Ni，Mn或Fe，所述的電解質(zhì)為含有硼氫化物的堿性溶液;所述的陰極催化層按照LaMO3:活性炭:粘接劑=30:50:20的重量比組成;所述的LaMO3的載量為3.5?12.5mg/cm2。
[0006]申請公布號CN101667645A的發(fā)明專利申請公開了一種Ni基催化劑在直接硼氫化物燃料電池陽極中的應(yīng)用，所述催化劑的活性組分由Ni與IB和VIII B族中的一種或一種以上的金屬元素組成，催化劑中Ni與其它金屬活性組分的原子比為99:1?8:1，催化劑中活性組分的百分含量為5%?80%，余量為C載體。
[0007]申請公布號CN102380400A的發(fā)明專利申請公開了直接硼氫化物燃料電池核殼結(jié)構(gòu)陽極催化劑及其制備方法，該催化劑是由內(nèi)核為M、外殼為AU的核殼結(jié)構(gòu)Mccxre-AUshell納米復(fù)合粒子，核殼粒子的粒徑為10?50nm。該發(fā)明所用的直接硼氫化物燃料電池核殼結(jié)構(gòu)陽極催化劑對BH4-氧化活性高，析氫少，提高了燃料利用率。
[0008]上述催化材料雖然對催化BH4-有著較好的效果，可問題依舊無法完全解決，陽極材料依然是DBFC研究的關(guān)鍵之一。
[0009]有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的第一目的在于提供一種直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑的制備方法，該方法制備獲得的陽極催化劑能夠抑制直接硼氫化物燃料電池中陽極水解產(chǎn)氫的副反應(yīng)，提高陽極燃料的放電效率。
[0011 ]本發(fā)明的第二目的在于提供一種直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑的應(yīng)用，該應(yīng)用方法能夠進(jìn)一步提高直接硼氫化物燃料電池陽極材料的放電效率。
[0012]為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案:
[0013]—種直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)取Co2+溶液，向其中滴加氨水，攪拌，直至pH值為8.5?9，獲得混合液，將混合液進(jìn)行固液分離；
[0015](2)取分離后的固相，依次進(jìn)行清洗、烘干、研磨和焙燒，得到直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑。
[0016]本發(fā)明還提供了一種上述方法制備的直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑。
[0017]本發(fā)明還提供了所述的直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑在制備直接硼氫化物燃料電池陽極材料中的應(yīng)用。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0019]現(xiàn)有技術(shù)中所使用的陽極催化劑仍無法抑制直接硼氫化物燃料電池(DBFC)陽極水解產(chǎn)氫的副反應(yīng)，不能夠更好地提高陽極燃料(硼氫化物)的放電效率，而本發(fā)明制備的陽極催化劑采用了特定的合成方法，提高了陽極燃料的放電效率。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0021]圖1為實施例1與對比例I制備的直接硼氫化物燃料電池的放電性能極化曲線；
[0022]圖2為實施例1與對比例2、對比例3制備的直接硼氫化物燃料電池的放電性能極化曲線；
[0023 ]圖3為實施例1與實施例2、實施例3制備的直接硼氫化物燃料電池的放電比容量對比圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0025]本發(fā)明提供的直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0026](I)取Co2+溶液，向其中滴加氨水，攪拌，直至pH值為8.5?9，獲得混合液，將混合液進(jìn)行固液分離；
[0027](2)取分離后的固相，依次進(jìn)行清洗、烘干、研磨和焙燒，得到直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑。
[0028]具體地，步驟(I)中，Co2+溶液為氯化鈷、硝酸鈷或醋酸鈷中的一種。
[0029]經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，使用不同的Co源制備的陽極催化劑的放電比容量不同，其中，采用氯化鈷作為Co源制備陽極催化劑放電比容量提高最大。
[0030]作為優(yōu)選，步驟(I)中，Co2+溶液為氯化鈷。
[0031]烘干溫度和時間對陽極催化劑的放電效率有影響，作為優(yōu)選，步驟(2)中，烘干的溫度為60?80°C，時間為20?25h。
[0032]作為優(yōu)選，步驟(2)中，焙燒的控制過程為:1.5?2h內(nèi)升溫至200-350后，保溫1.5
?2.5h，再冷卻至室溫。
[0033]本發(fā)明還提供了直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑在制備直接硼氫化物燃料電池陽極材料中的應(yīng)用。
[0034]作為優(yōu)選，所述的應(yīng)用，包括:將直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑、乙炔黑和聚四氟乙烯在無水乙醇中制成膏狀物，將膏狀物涂抹于鎳上，干燥、碾壓成所述陽極材料。
[0035]其中聚四氟乙烯作為粘合劑，聚四氟乙烯的較佳用量為:聚四氟乙烯占硼氫化物燃料電池陽極催化劑、乙炔黑和聚四氟乙烯三者之和的4-6%，較佳時為5%。
[0036]作為優(yōu)選，直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑與乙炔黑的質(zhì)量比為45?55:1。[0037 ]作為優(yōu)選，陽極材料的厚度為0.4?0.6mm。
[0038] 實施例1
[0039 ] 一、直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑Co3O4的合成
[0040]具體方法如下:
[0041](I)配制濃度為Imol.L_1的氯化鈷溶液，向該溶液中逐滴滴加氨水并攪拌，直至混合液顏色變綠且測得其pH值為8.5?9區(qū)間時，停止滴加氨水，攪拌混合液30min后，對其進(jìn)行抽濾。
[0042](2)抽濾同時分別先后用去離子水和酒精洗滌抽濾時所得固相，去離子水洗滌3次，酒精洗滌2次;將洗滌后的固相在80°C溫度下烘干24h;再將烘干的固相進(jìn)行研磨，置于馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒;焙燒溫度控制過程為:先2h升溫至275°C，再保溫2h，隨爐冷卻至室溫后，取出燒結(jié)產(chǎn)物，獲得直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑，即:Co304。
[0043]二、直接硼氫化物燃料電池的制備
[0044](I)將10mg Co304、2mg乙炔黑與5.5mg聚四氟乙稀(PTFE)在無水乙醇中調(diào)成膏狀物，然后將其均勻涂敷于IcmX Icm大小的泡沫鎳上，經(jīng)80°C真空干燥Sh后碾壓成厚度為0.5mm的陽極。
[0045]測試前將陽極置于6M K0H+0.8M KBH4溶液中浸泡1_2小時進(jìn)行活化處理。
[0046](2)按質(zhì)量比為2: 3的乙炔黑:PTFE乳液在無水乙醇中超聲分散并滾壓至厚度為0.2mm膜，經(jīng)340°C高溫烘干3h后制成防水透氣層。
[0047]按LaNi03(載量為7.5mg.cm—2):活性炭:聚四氟乙烯(PTFE)為30%: 45%: 25% 的配制陰極催化劑，經(jīng)無水乙醇分散后制成膏狀物并涂敷在泡沫鎳上輥壓成催化層(AL)，待干燥后與防水透氣層滾壓復(fù)合成厚度為0.6mm陰極。
[0048](3)電池組裝所使用的隔膜為鎳氫電池專用隔膜紙(FS2226-14E)。
[0049]所有測試均在室溫和空氣條件下進(jìn)行。
[0050]實施例2
[0051 ] 一、直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑Co3O4的合成
[0052]具體方法如下:
[0053](I)配制濃度為Imol.L_1的硝酸鈷溶液，向該溶液中逐滴滴加氨水并攪拌，直至混合液顏色變綠且測得其pH值為8.5?9區(qū)間時，停止滴加氨水，攪拌混合液30min后，對其進(jìn)行抽濾。
[0054](2)抽濾同時分別先后用去離子水和酒精洗滌抽濾時所得固相，去離子水洗滌3次，酒精洗滌2次;將洗滌后的固相在80°C溫度下烘干24h;再將烘干的固相進(jìn)行研磨，置于馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒;焙燒溫度控制過程為:先2h升溫至275°C，再保溫2h，隨爐冷卻至室溫后，取出燒結(jié)產(chǎn)物，獲得直接硼氫化物燃料電池陽極催化劑，即:Co304。
[0055]二、直接硼氫化物燃料電池的制備
[0056](I)將10mg Co304、2mg乙炔黑與5.5mg聚四氟乙稀(PTFE)在無水乙醇中調(diào)成膏狀物，然后將其均勻涂敷于IcmX Icm大小的泡沫鎳上，經(jīng)80°C真空干燥Sh后碾壓成厚度為0.5mm的陽極。
[0057]測試前將陽極置于6M K0H+0.8M KBH4溶液中浸泡1_2小時進(jìn)行活化處理。
[0058]