專利名稱：一種提高直接硼氫燃料電池性能的Ni-Cu二元催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種提高直接硼氫燃料電池性能的Ni-Cu 二元催化劑。
背景技術(shù)：
目前為了提高直接硼氫燃料電池性能，通常采用Ni、Pt、Pd、Au等金屬催化劑。由于Au、Pt、Pd等貴金屬陽極催化劑價(jià)格昂貴，因此努力研發(fā)非貴金屬Ni陽極催化劑成為研究重點(diǎn)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中用M作陽極催化劑時(shí)，BH4-的直接氧化性能不高，Ni電極易腐蝕，電荷傳遞阻力大，且燃料利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高直接硼氫燃料電池性能的二元催化劑，提高BH4-的直接氧化性能，增強(qiáng)M電極的耐蝕性，減小電荷傳遞阻力，提高燃料的利用率。本發(fā)明所涉及的一種改善直接硼氫化鈉燃料電池性能的Ni-Cu 二元催化劑，其特征是該催化劑由以下方法制備(1)在常壓下，溫度在四3. 15 313. 15K的范圍內(nèi)，配置 0. 25mol/L的CuSO4溶液(酸性條件)；(2)裝置三電極體系將2cm2的Ni片(作工作電極) 置于上述溶液中，以Cu棒為對電極，銀氯化銀電極為參比電極；(3)在電化學(xué)工作站上，采用恒電位(-0. IV)的方法電沉積5s，制得Ni-Cu 二元催化劑。本發(fā)明的一種改善直接硼氫化鈉燃料電池性能的Ni-Cu 二元催化劑，由于在陽極 Ni上電沉積Cu，增強(qiáng)了 BH4_的直接氧化性能，減弱了電解液對M陽極的腐蝕，減小了電荷傳遞阻力，提高了放電效率。


圖1 NaBH4在Ni電極和Ni-Cu電極上的循環(huán)伏安曲線圖2 NaBH4在Ni電極上的多次循環(huán)伏安曲線(三圈)
其中1為第一圈；2為第二圈；3為第三圈圖3 NaBH4在Ni-Cu電極上的多次循環(huán)伏安曲線(三圈) 其中1為第一圈；2為第二圈；3為第三圈圖4 NaBH4在Ni-Cu電極和Ni電極上的交流阻抗譜圖5 NaBH4在Ni-Cu電極和Ni電極上的放電曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的方法進(jìn)一步說明如下 實(shí)施例1
在常壓下，溫度在四3. 15 313. 15K的范圍內(nèi)，配置0. 25mol/L的CuSO4溶液(酸性條件)。將2cm2的Ni片(作工作電極)置于上述溶液中，以Cu棒為對電極，銀氯化銀電極為參比電極，在電化學(xué)工作站上，采用恒電位(-0. IV)的方法電沉積k，制得Ni-Cu 二元催化劑。 稱取硼氫化鈉，并將其溶解于2mol/L的氫氧化鈉溶液中，制成0. 27mol/L的硼氫化鈉溶液， 混合均勻后作為直接硼氫化鈉燃料電池的電解液。分別以2cm2的Ni片和Ni-Cu為工作電極，汞氧化汞電極為參比電極，石墨棒為輔助電極，采用循環(huán)伏安法進(jìn)行性能測試。圖1給出了 NaBH4在Ni電極和Ni-Cu電極上的陽極氧化伏安曲線。通過與空白實(shí)驗(yàn)對比，可以看出Ni電極和Ni-Cu電極對NaBH4W氧化均有一定的催化作用。Ni電極上的氧化峰電位在-0. 75V左右，Ni-Cu電極上在-0. 7V左右也出現(xiàn)一明顯的氧化峰，盡管峰電位有所正移，但峰電流明顯增大。文獻(xiàn)報(bào)道，妝8扎在01電極上的氧化峰出現(xiàn)在-0.4V左右。 在Ni-Cu電極上，NaBH4既保持了較負(fù)的氧化電位，同時(shí)氧化峰電流明顯增大。說明Ni-Cu 二元催化劑增強(qiáng)了 BH4-的直接氧化性能。圖2為NaBH4在Ni電極上的多次循環(huán)伏安曲線。從圖上可以看出，對Ni電極進(jìn)行第2圈掃描時(shí)，NaBH4的氧化峰已經(jīng)很小，第3圈時(shí)氧化峰基本消失，說明M電極已經(jīng)被腐蝕。相同條件下，對Ni-Cu電極進(jìn)行了的多次循環(huán)掃描，如圖3所示。可以看出，與單金屬 Ni電極相比，對M-Cu電極進(jìn)行第2圈掃描時(shí)，NaBH4氧化峰的衰減明顯減慢，第3圈仍有一很小的氧化峰。說明在堿性硼氫化鈉溶液中，Ni-Cu電極比單金屬M(fèi)電極的耐蝕性強(qiáng)。實(shí)施例2
在常壓下，溫度在四3. 15 313. 15K的范圍內(nèi)，配置0. 25mol/L的CuSO4溶液(酸性條件)。將2cm2的Ni片(作工作電極)置于上述溶液中，以Cu棒為對電極，銀氯化銀電極為參比電極，在電化學(xué)工作站上，采用恒電位(-0. IV)的方法電沉積k，制得Ni-Cu 二元催化劑。 稱取硼氫化鈉，并將其溶解于2mol/L的氫氧化鈉溶液中，制成0. 27mol/L的硼氫化鈉溶液， 混合均勻后作為直接硼氫化鈉燃料電池的電解液。分別以2cm2的Ni片和Ni-Cu為工作電極，汞氧化汞電極為參比電極，石墨棒為輔助電極，進(jìn)行交流阻抗譜性能測試。在交流阻抗譜圖中，鍍Cu前后，硼氫化鈉在M電極上電化學(xué)阻抗譜存在明顯差異，根據(jù)圖4比較高頻區(qū)的電化學(xué)阻抗的直徑大小為Ni-Cu<Ni。其半圓弧的直徑為電化學(xué)反應(yīng)阻抗，鍍Cu之后的圓弧直徑最小，說明此時(shí)NaBH 4在M-Cu電極上進(jìn)行氧化反應(yīng)較容易，電化學(xué)反應(yīng)需克服的能壘較小，增強(qiáng)了電極的導(dǎo)電性，改善了電極的反應(yīng)性能，電荷傳遞電阻減少，BH - 4的氧化性能增強(qiáng)。實(shí)施例3
在常壓下，溫度在四3. 15 313. 15K的范圍內(nèi)，配置0. 25mol/L的CuSO4溶液(酸性條件)。將2cm2的Ni片(作工作電極)置于上述溶液中，以Cu棒為對電極，銀氯化銀電極為參比電極，在電化學(xué)工作站上，采用恒電位(-0. IV)的方法電沉積k，制得Ni-Cu 二元催化劑。 稱取硼氫化鈉，并將其溶解于2mol/L的氫氧化鈉溶液中，制成0. 27mol/L的硼氫化鈉溶液， 混合均勻后作為直接硼氫化鈉燃料電池的電解液。分別以2cm2的Ni片和Ni-Cu為工作電極，汞氧化汞電極為參比電極，石墨棒為輔助電極，進(jìn)行恒電流放電性能測試。圖5是在電流密度為50mA/cm2下，以硼氫化鈉溶液為電解質(zhì)溶液，Ni片和Ni-Cu 電極分別為電池負(fù)極時(shí)的恒電流放電曲線。圖譜說明第一，Ni-Cu電極的放電電位更負(fù)， 這對于負(fù)極來說是有利的。第二，Ni-Cu電極的放電時(shí)間長。根據(jù)公式和，計(jì)算各電池的放電效率Ni: Ii1= (13180/62522) X 100% =21% Ni-Cu η2= (21600/62522)X 100% =34. 5 %
權(quán)利要求
1. 一種改善直接硼氫化鈉燃料電池性能的Ni-Cu 二元催化劑，其特征是該催化劑由以下方法制備(1)在常壓下，溫度在四3. 15 313. 15K的范圍內(nèi)，配置0. 25mol/L的CuSO4 溶液(酸性條件)；(2)裝置三電極體系將2cm2的Ni片(作工作電極)置于上述溶液中，以 Cu棒為對電極，銀氯化銀電極為參比電極；(3)在電化學(xué)工作站上，采用恒電位(-0. IV)的方法電沉積k，制得Ni-Cu 二元催化劑。
全文摘要
一種改善直接硼氫化鈉燃料電池性能的Ni-Cu二元催化劑，其特征是該催化劑由以下方法制備(1)在常壓下，溫度在293.15～313.15K的范圍內(nèi)，配置0.25mol/L的CuSO4溶液(酸性條件)；(2)裝置三電極體系將2cm2的Ni片(作工作電極)置于上述溶液中，以Cu棒為對電極，銀氯化銀電極為參比電極；(3)在電化學(xué)工作站上，采用恒電位(-0.1V)的方法電沉積5s，制得Ni-Cu二元催化劑。該催化劑增強(qiáng)了BH4-的直接氧化性能，減弱了電解液對Ni陽極的腐蝕，減小了電荷傳遞阻力，提高了放電效率。
文檔編號H01M4/90GK102244276SQ20111013532
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者余丹梅, 王潔, 申燕, 陳昌國 申請人:重慶大學(xué)