[发明专利]一种改善直接硼氢化钠燃料电池性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学应用领域，具体涉及一种改善直接硼氢化钠燃料电池性能的方法，可抑制燃料硼氢化钠的水解和克服硼氢根离子的“穿透”，提高直接硼氢化钠燃料电池的性能。

背景技术

直接硼氢化钠燃料电池，简称DBFC，是以硼氢化钠的碱溶液为燃料，直接参加负极电化学反应的燃料电池，与间接使用硼氢化钠燃料电池，简称IBFC，的差别主要在，DBFC不需经过产生氢气这个中间步骤，将燃料直接输入燃料电池的负极进行发电。也就是说，在IBFC中硼氢化钠水解制氢时转化为反应热的自由能，在DBFC中可利用来发电。所以DBFC的负极具有更负的电极电势，理论开路电压可以高达1.64V，理论容量可达到5.67Ah/g，理论能量利用率可达0.91。当克服了硼氢根离子的“穿透”后，DBFC的能量密度可达9.3Wh/g，比甲醇燃料电池的能量密度高。而且，以硼氢化钠为电池燃料不会产生环境问题，这恰好是甲醇燃料电池的弱点。因此，DBFC引起人们的广泛关注，并将逐渐成为一种重要的便携式化学能源。

目前，在DBFC工作过程中存在着两个较为突出的技术问题：首先，在碱性体系中硼氢化钠直接氧化的同时伴随自身的水解，使负极产生“混合电势”，降低电池的工作电压；水解与氧化的竞争也降低了电池的燃料利用率。其次，硼氢根通过隔膜到达阴极表面产生的“穿透”现象，将引起电池燃料损失和正极极化，使硼氢化钠电化学氧化的电子转移数少于八个电子，这不仅降低了燃料的利用率，也降低了电池的性能。因此，抑制硼氢化钠的水解和克服硼氢根离子的“穿透”是DBFC实用商业化的关键。

发明内容

本发明的目的，是为了克服上述现有技术问题的不足，提供一种改善直接硼氢化钠燃料电池性能的方法，抑制硼氢化钠的水解和克服硼氢根离子的“穿透”，使硼氢化钠的直接氧化反应得到促进，直接硼氢化钠燃料电池的性能提高。

本发明所涉及的一种改善直接硼氢化钠燃料电池性能的方法，其技术方案是：在常压下，温度在293.15～313.15K的范围内，将30μmol/L至90μmol/L的尿素加入硼氢化钠的碱性溶液中混合均匀，以此为直接硼氢化钠燃料电池的电解液，通过测试电池的电化学性能有明显改善。

上述方案中也可将尿素替换为草酸钠，加入的草酸钠的浓度为10μmol/L至50μmol/L。

本发明的直接硼氢化钠燃料电池，由于在硼氢化钠碱性溶液中加入尿素、草酸钠，有效地抑制硼氢化钠的水解和克服硼氢根的“穿透”，减小电荷传递电阻，改善了电极的电化学反应性能，使硼氢化钠的直接氧化过程电子转移数增加，放电效率提高。而且避免了硫脲对金属催化剂的“毒化”作用，改善直接硼氢化钠燃料电池的性能。这无疑对于直接硼氢化钠燃料电池实现商业化生产起着非常重要的作用。

附图说明

图1加入不同浓度草酸钠时硼氢化钠的循环伏安曲线

其中1为没有加草酸钠；2草酸钠浓度为10μmol/L；

    3草酸钠浓度为30μmol/L；4草酸钠浓度为50μmol/L；

图2加入不同浓度尿素时硼氢化钠的循环伏安曲线

图3加入不同浓度尿素时硼氢化钠的交流阻抗谱

在图2-图3中，1为没有加尿素；2尿素浓度为30μmol/L；

             3尿素浓度为60μmol/L；4尿素浓度为90μmol/L；

图4加入不同添加剂时硼氢化钠的交流阻抗图

图5加入不同添加剂时硼氢化钠的开路电位图

在图4-图5中，1为没有加添加剂；2加入60μmol/L尿素；

             3加入0.3μmol/L硫脲；4加入1mmol/L乙醇；

             5加入30μmol/L草酸钠；

图6加入不同添加剂时硼氢化钠的恒电流放电曲线

其中1为没有加添加剂；2为加入60μmol/L尿素；

    3加入0.3μmol/L硫脲；

图7硼氢化钠在铂电极上不同温度的循环伏安曲线

其中1温度为283.15K；2温度为293.15K；3温度为303.15K；

    4温度为313.15K；5温度为323.15K；6温度为333.15K；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的方法进一步说明如下：

实施例1：