[发明专利]碱性燃料电池与钼镍合金纳米材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碱性燃料电池，包括：阳极、阴极和电解质膜，所述阳极的催化剂为钼镍合金纳米材料。本申请还提供了钼镍合金纳米材料的制备方法。钼镍合金纳米材料具有与Pt非常接近的氢结合能，因此其具有较高的碱性氢氧化活性，作为碱性燃料电池的阳极催化剂具有较高的氢氧化催化活性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种碱性燃料电池与一种钼镍合金纳米材料的制备方法。

背景技术

随着化石能源的快速枯竭和环境污染日益加重，新能源的利用成为一个令人关注的课题。氢能源因高能量密度、零污染等特征受到巨大的关注，氢能源为动力的燃料电池被视为最具发展的动力电池。国家发改委、国家能源局下发的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》中，着重关注的15项重点任务中就包括了“氢能与燃料电池技术创新”。

燃料电池是一种可以将储存在燃料和氧气中的化学能直接转化为电能的电化学储能装置。目前，国内外学者对已研究开发出来的燃料电池，按照电解质的种类进行分类，主要分为5种：碱性燃料电池(AFC)，一般用6～8mol·L^-1的KOH溶液作为电解质；磷酸型燃料电池(PAFC)，大多以质量分数为98wt％左右的浓H₃PO₄溶液为电解质；熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，大多将Li₂CO₃和K₂CO₃按一定比例混合后作为电解质；质子交换膜燃料电池(PEMFC)，通常采用美国Du Pont公司生产的Nafion膜作为电解质；固体氧化物燃料电池(SOFC)，采用YSZ(Y₂O₃掺杂稳定的ZrO₂)等作为氧离子导体。在众多类型的燃料电池中，碱性燃料电池技术是最成熟的。目前国内外学者已将很多材料用于碱性燃料电池阳极电催化剂，主要包括Pt基、Pd基、Ir基及非贵金属催化剂等。

铂基金属催化剂有着良好的HOR(氢氧化)催化活性，但这些贵金属因为资源储量少和成本昂贵使其在实际应用中占据了巨大的成本。科学家们已经通过控制贵金属尺寸及合金化等方法来减少贵金属用量，降低经济成本，但是效果甚微，由此研究者试图以非贵金属来替代贵金属作为氢氧化催化剂。然而对于非贵金属的研究还没有取得实质性进展，现阶段尚未开发出能与贵金属催化性质相媲美的材料。因此，探索高效、性能稳定和低成本的非贵金属，取替燃料电池中贵金属催化剂的使用，具有重要的科研意义和商业价值。

强酸和强碱性电解液可以满足氢氧化所需的快速离子传输的要求。然而在酸性环境中，大部分非贵金属材料是不稳定的，大大限制了燃料电池催化剂的开发和应用。一个富有前景的做法是发展碱性条件下的燃料电池系统。因此碱性条件下催化剂的研究受到越来越多的关注。

经过研究者们的不断探索，Ni被认为是富有希望的非贵金属碱性HOR催化剂，然而其只有在高浓度的碱溶液中才具有一定的氢氧化催化效果，而且催化性能远远不及贵金属好。因此，利用Ni这种非贵金属提供一种与商业Pt/C相媲美的非贵金属碱性氢氧化催化剂具有重要的研究意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供钼镍合金纳米材料在碱性燃料电池中的应用，钼镍合金纳米材料作为碱性燃料电池的阳极催化剂具有较高的氢氧化活性。

有鉴于此，本申请提供了一种碱性燃料电池，包括：阳极、阴极和电解质膜，所述阳极的催化剂为钼镍合金纳米材料，所述钼镍合金纳米材料为MoNi₄合金纳米材料、MoNi合金纳米材料或MoO_3-x掺杂的MoNi₄合金纳米材料，其中0x≤1。

优选的，所述钼镍合金纳米材料的制备方法具体为：

将镍源和钼源在溶液中混合，反应，得到钼掺杂的氢氧化镍前驱体；

将所述钼掺杂的氢氧化镍前驱体在还原气氛中煅烧，得到钼镍合金纳米材料。