[发明专利]炭表面修饰储氢合金的制备方法及用于提高直接硼氢化物燃料电池阳极催化性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种储氢合金的制备方法，本发明也涉及一种将用炭表面修饰储氢合金用于提高直接硼氢化物燃料电池阳极催化性能的方法。

背景技术

直接硼氢化物燃料电池(DBFC)是以硼氢化物为阳极的燃料电池，NaBH₄是含氢量很高(11wt.%)的储氢材料，理论上NaBH₄的直接电氧化可为8e^-反应，参见（1）式：

BH₄^-+8OH-→BO₂^-+4H₂O+8e^-    (1)

DBFC有很高的能量密度（比能量为9300Wh/kg）、比容量（5668Ah/kg）和电池电压（阴极为O₂时1.64V）；NaBH₄不易燃、毒性低（除非吞食，否则无害）、不产生CO₂，理论上NaBH₄可以使用非铂催化剂；NaBH₄溶液能充当热交换介质来冷却电池而无须额外的冷却板；水的电渗拖曳可用做阴极反应物，而无须象氢气那样需要润湿。这些特性对于燃料电池的设计和组装是非常有益的。NaBH₄电氧化催化剂主要分为两大类，一类是Pt、Pd、Au、Ir等贵金属，其中Pt的电催化活性最高，但也易于发生NaBH₄的水解反应，参见（2）式：

NaBH₄+2H₂O→4H₂+NaBO₂    (2)

另一类为为储氢合金，Choudhury等人对比研究了AB₅型和AB₂型储氢合金对NaBH₄的催化性能，储氢合金能吸附NaBH₄分解产生的氢气，参见（3）式：

BH₄^-+2H₂O+M→MH_x,ads+BO₂^-+(4-0.5x)H₂    (3)

储氢合金吸附的氢能进一步发生氧化反应，放出电子，参见（4）式：

MH_x,ads+x OH^-→M+x H₂O+x e^-    (4)

但储氢合金的催化活性小，明显低于贵金属；又由于（3）式能放出氢气，降低了NaBH₄的利用率。可参阅王贵领,兰剑，曹殿学等，直接NaBH₄-H₂O₂燃料电池的研究进展，化工学报,2008,159(4):805-813，以及Choudhury N A,Raman R K,Sampath S,等人，An alkaline direct borohydride fuel cell with hydrogen peroxide as oxidant.Journal of Power Sources,2005,143:1–8。

发明内容

本发明的目的是提工艺中能提高直接硼氢化物燃料电池阳极催化性能的炭表面修饰储氢合金的制备方法。本发明的目的还在于提供一种炭表面修饰储氢合金用于提高直接硼氢化物燃料电池阳极催化性能的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的炭表面修饰储氢合金的制备方法为：

将储氢合金粉和碳混合均匀放入球磨罐中，在氮气保护下以3000～5000转/分钟球磨1～2小时取出后，逐渐加入质量比为1：1的60wt.%聚四氟乙烯溶液和1.5wt.%羧甲基纤维素钠胶体，使储氢合金粉和碳的质量：聚四氟乙烯溶液和羧甲基纤维素钠的质量=9～10:1，并搅拌均匀制作含储氢合金与碳的浆料，将所述浆料涂布在泡沫镍上，在70℃下干燥2.5h得到炭表面修饰储氢合金。

所述储氢合金粉为AB₅型储氢合金、AB₂型储氢合金以及它们的混合物。

所述碳为碳纳米管、活性炭或炭黑。

本发明的炭表面修饰储氢合金用于提高直接硼氢化物燃料电池阳极催化性能，

炭的表面修饰为氢的吸附和解离提供了新的活性位置：