[发明专利]直接硼氢化物燃料电池用阳极电催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电催化剂和能源技术领域，涉及一种直接硼氢化物燃料电池阳极用多孔炭负载纳米金电催化剂及其制备方法。

背景技术

由于以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池的技术难题——氢气的储运技术至今没有得到很好的解决，人们一直试图开发以具有电化学活性的液态或溶液态富氢化合物为燃料的直接液态燃料电池。将甲醇代替氢气直接输入燃料电池发电——直接甲醇燃料电池已广泛研究多年，它所需使用的铂催化剂虽然比氢-氧(空)燃料电池加多几倍，但是单位面积电极所发电能的功率仍只有氢-氧燃料电池的几分之一，而且甲醇有毒，存在安全隐患。在这种背景下，以无毒、不燃、储运方便的硼氢化物为燃料的直接硼氢化物燃料电池(DBFC)受到了人们的重视和研究开发。它是以硼氢化物的碱性溶液(如NaBH₄、KBH₄)为燃料输入阳极，以氧气或空气为氧化剂输入阴极，通过电化学方式将化学能转化为电能的装置。

DBFC电化学反应为：

阳极：BH₄^-+8OH^-→BO₂^-+6H₂O+8e^-             E＝-1.24V

阴极：2O₂+4H₂O+8e^-→8OH^-                    E＝0.40V

总电池反应：BH₄⁺+2O₂→BO₂⁺+2H₂O             E＝1.64V

DBFC的理论电动势为1.64V，比甲醇(1.21V)和氢气(1.23V)的都高。以硼氢化钠为燃料的直接硼氢化钠燃料电池的理论比能量和比容量分别达到了9.30KWh/Kg和5.67KAh/Kg，远远高于直接甲醇燃料电池(理论比能量和比容量分别为6.08KWh/Kg和5.03KAh/Kg)。但由于BH₄^-在阳极很容易发生水解反应，实际上BH₄^-很难实现八电子氧化的稳定成流反应。BH₄^-的实际阳极氧化反应可由下面的反应式表示，其中的x代表每个BH₄^-电氧化反应放出的电子数。

阳极：