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硼氢化钠燃料电池阳极催化剂研究现状

硼氢化钠燃料电池阳极催化剂研究现状. 报告人：李健. 目 录. 1. 硼氢化钠燃料电池简介 2. 阳极催化剂概述 3. 阳极催化剂的研究现状 4. 想法. 硼氢化钠燃料电池（ DBFC ）是以碱性硼氢化钠水溶液为燃料， O 2 或 H 2 O 2 为阴极，将化学能直接转化为电能的装置。 阳极： NaBH 4 +8NaOH → NaBO 2 +6H 2 O + 8e − +8Na + ,E◦ =−1.24V SHE 阴极： 2O 2 +4H 2 O + 8e − +8Na + → 8NaOH, E◦ = 0.40V SHE

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硼氢化钠燃料电池阳极催化剂研究现状

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Presentation Transcript

  1. 硼氢化钠燃料电池阳极催化剂研究现状 报告人：李健

  2. 目 录 1. 硼氢化钠燃料电池简介 2. 阳极催化剂概述 3. 阳极催化剂的研究现状 4. 想法

  3. 硼氢化钠燃料电池（DBFC）是以碱性硼氢化钠水溶液为燃料，O2或H2O2为阴极，将化学能直接转化为电能的装置。 • 阳极：NaBH4+8NaOH→ NaBO2+6H2O + 8e−+8Na+,E◦ =−1.24V SHE • 阴极：2O2+4H2O + 8e−+8Na+→ 8NaOH, E◦ = 0.40V SHE • NaBH4 +2O2→NaBO2 +2H2O,E◦cell = 1.64V 1. 硼氢化钠燃料电池简介

  4. DBHFC示意图

  5. DBFC的优势： 开路电压高，1.64V 能量密度高 ，100-200mW/cm2 操作温度低 ，60-80℃ 避免CO中毒 化学稳定，易运输，是燃料电池很有吸引力的氢源 非贵金属催化剂的使用

  6. 硼氢化钠水解，迁移，成本 DBFC存在的主要问题：

  7. 解决方案： 寻找合适的阳极催化剂抑制BH4-水解； 寻找对BH4-氧化无活性的阴极催化剂，如MnO2，或使用高质量的膜，增加膜的厚度； 使用非贵金属催化剂，或者无膜燃料电池

  8. 2. 阳极催化剂概述 八电子氧化：BH4-+8OH-→BO2-+6H2O+8e- 硼氢化钠水解：BH4-+ H2O→BH3(OH)-+H2 BH3(OH)-+ H2O→BO2-+3H2

  9. 硼氢化钠水解对DBFC性能的影响： 降低法拉第效率，能量密度，燃料效率; H2引起一系列问题：安全，系统设计，耐用膜组件的制备; H2阻碍阳极液的移动

  10. 影响硼氢化钠电氧化与水解的因素： 阳极催化剂； BH4-与OH-的浓度比； 温度； 膜； 添加剂； 电位

  11. 硼氢化钠燃料电池阳极催化剂研究主要以提高电氧化电子数、催化性能，降低水解、H2释放，降低成本为主要方向硼氢化钠燃料电池阳极催化剂研究主要以提高电氧化电子数、催化性能，降低水解、H2释放，降低成本为主要方向 催化剂对BH4-电氧化与水解多具有一致性，故很难找到合适的催化剂，使其对电氧化活性高，而对水解活性低。

  12. 解决BH4-水解的方案： • 构建DBFC、H2/O2双电池系统； • 阳极覆盖Nafion膜，或使用金属催化剂抑制H2释放

  13. 3. 阳极催化剂的研究现状 目前DBFC阳极催化剂主要集中在Au催化剂、Pt族金属催化剂、过渡金属、储氢材料等方面。

  14. 早期人们发现Pt、Ni对BH4-氧化与水解都有较高的催化活性，法拉第效率较低，而Au、Ag对BH4-氧化是有效的催化剂，并对BH4-水解无活性。事实上，最近人们才发现Au对BH4-水解是有活性的。早期人们发现Pt、Ni对BH4-氧化与水解都有较高的催化活性，法拉第效率较低，而Au、Ag对BH4-氧化是有效的催化剂，并对BH4-水解无活性。事实上，最近人们才发现Au对BH4-水解是有活性的。

  15. 催化剂的研究 Amendola与其同事在碳衣上沉积Au（97%）-Pt(3%)，在70℃，其电池电压为0.5V，电流为123.9mA/cm2。 M.H.Atwan等通过Bönneman法制备了Au/C，Au-Pt/C，Au-Pd/C。结果表明，合金改善了BH4-氧化的动力学性能，其中Au-Pd/C的性能是最好的。

  16. Pei F等人通过反胶团法分别制备了Au-Co/C、Au-Ni/C、Au-Fe/C、Au-Cu/C、Au-Zn/C。结果表明，Au-Fe、Au-Cu、Au-Zn对BH4-水解无活性，其中Au-Zn性能较好。

  17. L.T等人研究和使用Au-Ni/Ti与Pt-Ni/Ti纳米颗粒作为DBFC的阳极催化剂。其催化性能要比Au，与Pt好。L.T等人研究和使用Au-Ni/Ti与Pt-Ni/Ti纳米颗粒作为DBFC的阳极催化剂。其催化性能要比Au，与Pt好。 L.C等人通过从Au0.18Ag0.82脱合金化制备了膜状与线状NPG电极。线状NPG电极BOR反应的起始电位低于Au盘，实现了比较高的电流。 Yang等人固定平均尺寸为5.0nm的Au溶胶分布在CNTs，Vxc-72R，ECP600JD。研究了不同Au/C催化剂载体在有酸处理和没酸处理时的电催化活性。Au/ ECP600JD对BH4-电氧化表现出最好的催化活性。

  18. F. Pei等人用修饰NaBH4方法制备Au/C。发现Au纳米粒子大小为3.0+-0.5nm，并平均分布在C的表面。与传统方法制备的Au/C相比，BH4-氧化的动力学性能大大提高。在60℃，其最大能量密度为85.3mW/cm2。 Yi等人制备碳载铂中空纳米球，其晶粒尺寸大约为2.8nm。结果表明碳载Pt中空纳米球对BH4-电氧化表现出提升的催化活性与碳载固体铂纳米颗粒相比。放电电流密度为44.9mA/cm2时，其能量密度为54.53mW/cm2。

  19. J H等人制备了Pt-Sn/C催化剂，结果表明此催化剂对硼氢化钠氧化有好的协同效应。 X L等人通过乙二醇还原法制备了Pt/G。 Pt/G纳米复合物对硼氢化钠有好的催化活性。在25℃，最大能量密度为42mW/cm2，高于Pt/C （XC-72）34mW/cm2

  20. Xiaodong Yang等人以CoO/Ni为阳极，LaNiO3/C为阴极，PFM（聚纤维膜）制备的DBFC，在65℃时，最大能量密度为663mW/cm2。H2释放问题没有得到有效解决

  21. 4. 想法 载体；碳，Ti，Ni，石墨烯 催化剂微结构；核壳，中空 金属合金催化剂；Au，Ag，Pt，Pd，Ni，Zn 金属氧化物；CoO、NiO Au-NiO/C Au-CoO/C

  22. 谢谢！

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