[发明专利]一种提高直接硼氢燃料电池性能的Ni-Cu二元催化剂

说明书

技术领域

本发明属于电化学应用领域，具体涉及一种提高直接硼氢燃料电池性能的Ni-Cu二元催化剂。

背景技术

目前为了提高直接硼氢燃料电池性能，通常采用Ni、Pt、Pd、Au等金属催化剂。由于Au、Pt、Pd等贵金属阳极催化剂价格昂贵，因此努力研发非贵金属Ni阳极催化剂成为研究重点。但是，现有技术中用Ni作阳极催化剂时，BH₄^-的直接氧化性能不高，Ni电极易腐蚀，电荷传递阻力大，且燃料利用率低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种提高直接硼氢燃料电池性能的二元催化剂，提高BH₄^-的直接氧化性能，增强Ni电极的耐蚀性，减小电荷传递阻力，提高燃料的利用率。

本发明所涉及的一种改善直接硼氢化钠燃料电池性能的Ni-Cu二元催化剂，其特征是该催化剂由以下方法制备：（1）在常压下，温度在293.15～313.15K的范围内，配置0.25mol/L的CuSO₄溶液（酸性条件）；（2）装置三电极体系：将2cm²的Ni片（作工作电极）置于上述溶液中，以Cu棒为对电极，银氯化银电极为参比电极；（3）在电化学工作站上，采用恒电位（-0.1V）的方法电沉积5s，制得Ni-Cu二元催化剂。

本发明的一种改善直接硼氢化钠燃料电池性能的Ni-Cu二元催化剂，由于在阳极Ni上电沉积Cu，增强了BH₄^-的直接氧化性能，减弱了电解液对Ni阳极的腐蚀，减小了电荷传递阻力，提高了放电效率。

附图说明

图1 NaBH₄在Ni电极和Ni-Cu电极上的循环伏安曲线

图2 NaBH₄在Ni电极上的多次循环伏安曲线（三圈）

其中：1为第一圈；2为第二圈；3为第三圈

图3 NaBH₄在Ni-Cu电极上的多次循环伏安曲线（三圈）

其中：1为第一圈；2为第二圈；3为第三圈

图4 NaBH₄在Ni-Cu电极和Ni电极上的交流阻抗谱

图5 NaBH₄在Ni-Cu电极和Ni电极上的放电曲线。

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：

在常压下，温度在293.15～313.15K的范围内，配置0.25mol/L的CuSO₄溶液（酸性条件）。将2cm²的Ni片（作工作电极）置于上述溶液中，以Cu棒为对电极，银氯化银电极为参比电极，在电化学工作站上，采用恒电位（-0.1V）的方法电沉积5s，制得Ni-Cu二元催化剂。称取硼氢化钠，并将其溶解于2mol/L的氢氧化钠溶液中，制成0.27mol/L的硼氢化钠溶液，混合均匀后作为直接硼氢化钠燃料电池的电解液。分别以2cm²的Ni片和Ni-Cu为工作电极，汞氧化汞电极为参比电极，石墨棒为辅助电极，采用循环伏安法进行性能测试。

图1给出了NaBH₄在Ni电极和Ni-Cu电极上的阳极氧化伏安曲线。通过与空白实验对比，可以看出Ni电极和Ni-Cu电极对NaBH₄的氧化均有一定的催化作用。Ni电极上的氧化峰电位在-0.75V左右，Ni-Cu电极上在-0.7V左右也出现一明显的氧化峰，尽管峰电位有所正移，但峰电流明显增大。文献报道，NaBH₄在Cu电极上的氧化峰出现在-0.4V左右。在Ni-Cu电极上，NaBH₄既保持了较负的氧化电位，同时氧化峰电流明显增大。说明Ni-Cu二元催化剂增强了BH₄^-的直接氧化性能。