[发明专利]一种直接硼氢化钠燃料电池阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本技术涉及燃料电池的电极，特别是一种直接硼氢化钠燃料电池所用的阳极及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种直接将储存在燃料中的化学能转化为电能的发电技术，由于其具有能量转换效率高、低排放、无污染和无噪音等优点，被认为是继火力、水力、核能之外的第四种发电方法。

直接硼氢化钠燃料电池是以质子交换膜为电解质，以硼氢化钠为燃料的直接液体燃料电池的一种。它除了具有其他燃料电池所共有的优点外，还具有独到的优势。例如：常温使用、结构简单、燃料携带补给方便，具有良好的移动性，非常适合作为小型移动及便携式电源。并且，由于所用的燃料硼氢化钠具有良好的还原活性，因此催化氧化硼氢化钠的阳极催化剂往往无需采用昂贵稀缺的Pt催化剂。同时其阴极催化剂也可不用Pt，而是用廉价的Co/N/C【H.Y. Qin, Z.X. Liu, W.X. Yin, J.K. Zhu, Z.P. Li. A cobalt polypyrrole composite catalyzed cathode for the direct borohydride fuel cell. Journal of Power Sources, 185 (2008) 909-912】，或者MnO₂【A. Verma, A.K. Jha, S. Basu. Manganese dioxide as a cathode catalyst for direct alcohol or sodium borohydride fuel cell with a flowing alkaline electrolyte. Journal of Power Sources, 141 (2005) 30-34】，Ag【B.H. Liu, S. Suda. Influences of fuel crossover on cathode performance in a micro borohydride fuel cell. Journal of Power Sources, 164 (2007) 100-104】等催化剂。使得直接硼氢化钠燃料电池与其他燃料电池相比具有更大的催化剂选择的灵活性和成本降低的可能性。

直接硼氢化钠燃料电池的阳极通常采用储氢合金为催化剂【L.B. Wang, C.A. Ma, X.B. Mao, J.F. Sheng, F.Z. Bai, F. Tang. Rare earth hydrogen storage alloy used in borohydride fuel cells. Electrochemistry Communication, 7 (2005) 1477-1481.】，其阳极的常规制备过程为：将储氢合金粉与适当比例的碳粉、Nafion溶液混合调制为浆料，涂覆于泡沫镍表面干燥即可作为阳极。添加碳粉的主要目的是增强导电性，使储氢合金催化氧化硼氢化钠时产生的电子能顺利通过碳粉和泡沫镍导往阴极；添加Nafion的主要目的是增强催化剂颗粒与泡沫镍的粘结性，防止催化剂颗粒在析氢产生氢气泡时被冲刷剥落脱离泡沫镍。

虽然许多研究通过调节碳粉和Nafion溶液的比例能够改善阳极的导电性和寿命，获得较好的电池输出性能。然而这种工艺存在无法避免的先天性不足。首先，由于储氢合金通过碳粉与泡沫镍接触，至少存在储氢合金—碳粉和碳粉—泡沫镍两个界面，对电子传导的稳定性带来很大的不确定性。其次，储氢合金和碳粉都是通过Nafion粘结在泡沫镍表面，这种结合是脆弱不稳定的，当燃料流速加快以及析氢产生氢气泡加剧时，在持续冲刷作用下，储氢合金和碳粉很可能被剥离泡沫镍从而失活。再次，储氢合金如果绝大部分表面被碳粉或Nafion包埋住，则无法接触燃料，无法起到催化作用，也即其空间利用率低。

 

发明内容

为克服现有的阳极存在的电子传导不稳定，结合力差和催化剂空间利用率低的缺点，本发明提供了一种电子传导稳定，结合力好和催化剂空间利用率高的直接硼氢化钠燃料电池阳极及其制备方法。

一种直接硼氢化钠燃料电池阳极，以泡沫镍为集流体，泡沫镍上布满蚀坑，蚀坑的尺寸在纳米量级，每个蚀坑内均生长有Pd纳米棒或者Pd纳米颗粒，该Pd纳米棒或者Pd纳米颗粒作为燃料电池的阳极催化剂。

进一步，Pd纳米棒之间互不重叠；Pd纳米颗粒之间互不重叠。

进一步，Pd纳米棒具有四个侧面，每个侧面均为{100}_Pd晶面。