用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料、阳极材料及其制备方法和燃料电池技术

本发明专利技术公开了一种用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料、阳极材料及其制备方法和燃料电池，用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料通过化学还原法在泡沫镍上直接合成无载体、无粘合剂的双金属催化材料CoSnx，x为0～1。本发明专利技术的用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，首次利用Sn与Co的复合材料作为直接硼氢化物燃料电池的催化材料，将具有良好催化活性的阳极材料与具有高氢超电势的材料相结合，获得的CoSnx催化性能高，并且抑制硼氢化物的水解反应，降低绝对析氢速率，使得燃料的放电效率大大改善，有效的解决了催化能力与放电效率之间的矛盾。用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料为优化和完善DBFC阳极催化材料提供理论依据。

Anode Catalytic Materials, Anode Materials and Preparation Methods for Direct Borohydride Fuel Cells and Fuel Cells

The invention discloses an anode catalytic material used for direct borohydride fuel cell, an anode material, a preparation method thereof and a fuel cell. The anode catalyst material used for direct borohydride fuel cell directly syntheses bimetallic catalyst material CoSnx, X 0~1, without carrier and non adhesive agent on the foam nickel by chemical reduction method. The anode catalytic material for direct borohydride fuel cell uses Sn and CO composite material as the catalytic material for direct borohydride fuel cell for the first time. The anode material with good catalytic activity is combined with the material with high hydrogen Superpotential to obtain CoSnx with high catalytic performance, and inhibits the hydrolysis reaction of borohydride and reduces the absolute rate of hydrogen evolution. The discharge efficiency of fuel is greatly improved, and the contradiction between catalytic capacity and discharge efficiency is effectively solved. Anode catalytic materials for direct borohydride fuel cells provide theoretical basis for optimizing and improving DBFC anode catalytic materials.

【技术实现步骤摘要】
用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料、阳极材料及其制备方法和燃料电池
本专利技术涉及直接硼氢化物燃料电池领域，特别地，涉及一种用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料。此外，本专利技术还涉及一种包括上述用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料的阳极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
现阶段，由于氢的储藏运输及电催化等问题，使得氢-氧燃料电池的推广应用仍面临着巨大挑战。因此，研究者试图寻找可替代氢的富氢化合物并开发新类型的燃料电池。其中最具有代表性的是直接甲醇燃料电池、直接乙醇燃料电池和直接硼氢化物燃料电池。而与醇类燃料电池相比，直接硼氢化物燃料电池拥有更高的比容量(5.7Ah/g)及更高理论电动势(1.64V)。所以，直接硼氢化物燃料电池受到越来越多的关注。直接硼氢化物燃料电池(DirectBorohydrideFuelCell，DBFC)是一种使用液态碱金属硼氢化物作为燃料的发电装置。由于碱金属硼氢化物是一种含氢较多且又稳定的含氢负离子物质，硼氢化物化学性质稳定，易于储存供应，使用安全而不易燃，是一种理想的燃料电池。目前，DBFC的研究多采用载体和粘合剂将催化剂结合，增加操作工序和加工成本；并且催化能力与放电效率为一对矛盾体，即催化能力的升高降低了燃料利用率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料、阳极材料及其制备方法和燃料电池，以解决现有技术中催化剂与基础电极结合复杂，并且催化能力与放电效率为一对矛盾体的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料通过化学还原法在泡沫镍上直接合成无载体、无粘合剂的双金属催化材料CoSnx，x为0～1。进一步地，CoSnx为球状纳米颗粒；CoSnx颗粒的粒径为10nm～30nm。进一步地，x为0.3～0.8；CoSnx颗粒的粒径为15nm～25nm。进一步地，x为0.5～0.7；CoSnx颗粒的粒径为16nm～20nm。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种直接硼氢化物燃料电池阳极材料，其包括上述用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种直接硼氢化物燃料电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：将泡沫镍采用敏化处理；将Sn2+溶液、Co2+溶液、B4O72﹣溶液、NH4+溶液和C4H4O62﹣混合，制备混合液；将含有BH42﹣的碱性溶液中加入混合液和将敏化处理后的泡沫镍浸入混合液中，至反应体系无气泡产生，干燥获得直接硼氢化物燃料电池阳极材料。进一步地，混合液中Sn2+、Co2+、B4O72﹣、NH4+、C4H4O62﹣的摩尔质量比为1～10∶5～15∶1～3∶3～7∶10～16∶30～50；混合液的pH值为12～13。进一步地，混合液中Sn2+与Co2+的摩尔质量比为1～10∶10。进一步地，反应体系的反应温度为40～60℃；干燥采用真空干燥，真空干燥的温度为40～60℃。进一步地，泡沫镍采用敏化处理包括以下步骤：泡沫镍依次采用乙醇、盐酸超声清洗；清洗后的泡沫镍采用水冲洗，再浸入浓度为0.2～0.4wt％浓度的Ag+溶液避光处理；避光处理后用水清洗，真空干燥。进一步地，超声清洗时间为10min～20min；避光处理时间为20h～30h；真空干燥采用的温度为40～60℃，干燥时间为10h～15h。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种燃料电池，其包括上述直接硼氢化物燃料电池阳极材料制备的阳极级片，按照阳极级片、隔膜、阴极级片的顺序分别放入燃料电池壳中并固定，获得直接硼氢化物燃料电池。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，在泡沫镍上通过化学还原法直接合成双金属催化材料CoSnx，x为0～1。CoSnx在泡沫镍上面原位生长，不脱落，并且在完成催化材料制备后，可采用泡沫镍包裹的方式防止可能的脱落。节省载体和粘合剂的使用，减少加工工序和后续处理工艺，大大减少加工成本。本专利技术的用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，首次利用Sn与Co的复合材料作为直接硼氢化物燃料电池的催化材料，将具有良好催化活性的阳极材料与具有高氢超电势的材料相结合，获得的CoSnx催化性能高，并且抑制硼氢化物的水解反应，降低绝对析氢速率，使得燃料的放电效率大大改善，有效的解决了催化能力与放电效率之间的矛盾。用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料为优化和完善DBFC阳极催化材料提供理论依据。本专利技术的直接硼氢化物燃料电池阳极材料，包括用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，CoSnx不仅改善了阳极催化材料的性能，并进一步提高电氧化过程速率，使更多的硼氢化物参与电氧化，提高了直接硼氢化物燃料电池阳极材料的利用率和放电效率。本专利技术的直接硼氢化物燃料电池阳极材料的制备方法，采用简单的化学还原法获得直接硼氢化物燃料电池阳极材料，该方法过程简单、成本低廉、易重复、适宜大规模制备，且制备的直接硼氢化物燃料电池阳极材料对DBFC开路电位、功率密度、最高放电电流密度和电池比容量的改善均有促进作用。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的CoSn0.33/Ni-foam的SEM示意图；图2是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam的SEM示意图；图3是本专利技术优选实施例的CoSn0.33/Ni-foam的的EDS谱图示意图；图4是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam的EDS谱图示意图；图5是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam与CoSn0.33/Ni-foam的XPS全谱扫描示意图；图6是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam与CoSn0.33/Ni-foam在1mol/LKOH溶液中的CV曲线示意图；图7是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam与CoSn0.33/Ni-foam在1mol/LKBH4溶液中的CV曲线示意图；图8是本专利技术优选实施例的不同阳极催化的DBFC的极化曲线与功率密度曲线示意图；图9是本专利技术优选实施例的不同阳极催化的DBFC的恒流放电曲线示意图；以及图10是本专利技术优选实施例的CoSn0.33/Ni-foam催化的DBFC在不同放电电流下的放电曲线示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1是本专利技术优选实施例的CoSn0.33/Ni-foam的SEM示意图；图2是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam的SEM示意图；图3是本专利技术优选实施例的CoSn0.33/Ni-foam的的EDS谱图示意图；图4是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam的EDS谱图示意图；图5是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam与CoSn0.33/Ni-foam的XPS全谱扫描示意图；图6是本专利技术优选实施例的Co/Ni-foam与CoSn0.33/Ni-foam在1mol/LKOH溶液中的CV曲线示意图；图7是本专利技术优选实施例的Co/Ni-f本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，其特征在于，所述用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料通过化学还原法在泡沫镍上直接合成无载体、无粘合剂的双金属催化材料CoSnx，x为0～1。

【技术特征摘要】
1.一种用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，其特征在于，所述用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料通过化学还原法在泡沫镍上直接合成无载体、无粘合剂的双金属催化材料CoSnx，x为0～1。2.根据权利要求1所述的用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，其特征在于，所述CoSnx为球状纳米颗粒；所述CoSnx颗粒的粒径为10nm～30nm。3.根据权利要求2所述的用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，其特征在于，所述x为0.3～0.8；所述CoSnx颗粒的粒径为15nm～25nm。4.根据权利要求2所述的用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，其特征在于，所述x为0.5～0.7；所述CoSnx颗粒的粒径为16nm～20nm。5.一种直接硼氢化物燃料电池阳极材料，包括权利要求1至4任一项所述的用于直接硼氢化物燃料电池的阳极催化材料，所述直接硼氢化物燃料电池阳极材料包括CoSnx。6.一种直接硼氢化物燃料电池阳极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将泡沫镍采用敏化处理；将Sn2+溶液、Co2+溶液、B4O72﹣溶液、NH4+溶液和C4H4O62﹣混合，制备混合液；将含有BH42﹣的碱性溶液中加入所述混合液和将敏化处理后的泡沫镍浸入混合液中，至反应体系无气泡产生，干燥获得所述直接硼氢化物燃料电池阳极材料。7.根据权利要求6所述的直接硼氢化物燃料电池阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：马金福，文瑾，方豪杰，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏,64