[发明专利]无碳无粘结剂的全金属三维多孔H2O2电氧化催化电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种全金属三维多孔催化剂的制备方法。

背景技术

直接过氧化氢燃料电池（DPPFC）是一种既以过氧化氢为燃料又为氧化剂的新型燃料电池。由于过氧化氢的电氧化和电还原反应的产物仅为水和氧气，所以DPPFC是真正“绿色和零碳排放”发电装置。最近的研究表明（Hydrogen peroxide as sustainable fuel:electrocatalysts for production with a solar cell and decomposition with a fuel cell,Chem.Commun.46(2010)7334-7336.），利用钴卟啉为催化剂，使用太阳能电池可以高效的将空气中的O₂在酸性介质中还原为H₂O₂，效率可达100%。因此，利用太阳能制备H₂O₂，利用H₂O₂燃料电池发电，将可实现真正的零碳排放。此外，DPPFC作为水下和空间电源，输出电能的同时，提供O₂，一举两得。直接过氧化氢燃料电池有单室和双室两种结构。单室DPPFC阳极和阴极之间无隔膜，利用阳极催化剂选择性的催化H₂O₂电氧化和阴极催化剂选择性的催化H₂O₂电还原来发电，电解液可以是酸也可以是碱。双室DPPFC与传统燃料电池结构相同，阳极和阴极用固体电解质膜隔开，阳极电解液为碱，阴极电解液为酸，利用H₂O₂在碱中的催化电氧化和在酸中的催化电还原反应来产生电能。单室DPPFC结构简单，但开路电压和输出功率低。研究表明（A membraneless hydrogen peroxide fuel cell using Prussian Blue as cathode material,Energy Environ.Sci.5(2012)8225-8228.），采用碳纸负载的普鲁士蓝为阴极，镍为阳极，与含有0.5mol/L H₂O₂的0.1M HCl溶液构成了单室DPPFC，其开路电压可达0.6V，最大功率密度可提升至1.55mW/cm²，这是目前报道的单室DPPFC的最高性能。双室DPPFC开路电压和输出功率均明显高于单室DPPFC。其中以碳载镍为阳极，碳载Pt为阴极，Nafion膜为电解质，具有传统燃料电池MEA结构的双室DPPFC，开路电压达0.9V，最大功率密度3.75mW/cm²（Response to Disselkamp:Direct peroxide/peroxide fuel cell as a novel type fuel cell,Inter.J.Hydrogen Energy36(2011)869-875.）。

与其他液体基燃料电池相比，DPPFC的电池性能还是明显偏低的。所以，制备高性能、低成本的催化电极是提高电池性能的关键。过氧化氢作为燃料在DPPFC的阳极发生电氧化反应，产物为水和氧气：

HO2-+OH-→O2+H2O+2e-]]>E⁰=0.146V