直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，选用储氢合金作为DBFC阳极的催化剂，在制备DBFC阳极过程中对DBFC阳极进行吸放氢并充氢处理。本发明专利技术还公开了一种直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极。本发明专利技术在使用同一组分储氢合金催化剂时能够大幅度提高DBFC的放电功率，同时还可以有效抑制硼氢化钠水解，从而提高硼氢化钠的利用率。从而提高硼氢化钠的利用率。从而提高硼氢化钠的利用率。

【技术实现步骤摘要】
直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极及其制备方法。

技术介绍

[0002]直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)，是一种以硼氢化钠的碱溶液为燃料，在负极催化剂的作用下，直接参与化学反应的电化学电源。相比较于间接硼氢化钠燃料电池，直接硼氢化钠燃料电池不需要经过产生氢气这个中间步骤，而是直接将燃料输入燃料电池进行发电，所以具有更负的电极电池，理论的开路电压可以达到1.64V。
[0003]目前，在直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)的应用过程中存在2个重要的技术问题。
[0004]1、在碱性体系中，硼氢化钠直接参与电化学反应的同时，还伴随着硼氢化钠的水解，从而降低了硼氢化钠的利用率。
[0005]2、DBFC放电功率较低，众多科研工作者研制不同种类的催化剂，以提高电池的放电比功率。
[0006]3、现有的储氢合金催化剂在小电流放电情况下，虽然燃料利用率增加约四倍，但是燃料电池的电化学氧化活性有所降低，即放电比功率有所降低。
[0007]目前常用的催化剂有以下几种：
[0008](1)贵金属催化剂：贵金属催化剂能够提高电极反应的反应效率，具有良好的催化性能，而且具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀等优点，主要有Pt、Pd、Au、Ag等金属及其合金。但贵金属价格昂贵，限制其商业化。
[0009](2)非贵金属催化剂：非贵金属材料主要有Ni、Cu、Co等，价格低廉，储量充足，对NaBH4电氧化具有良好的催化活性。
[0010](3)储氢合金催化剂：储氢合金因其对氢具有吸附和存储能力，可作为电池的阳极材料，研究表明，储氢合金LaNi
4.5
Al
0.5
能催化NaBH4氧化，在电流密度为50mA cm
‑2时NaBH4利用率达到95％以上。用Si修饰的LmNi
4.78
Mn
0.22
合金做阳极催化剂，发现其对BH4‑
的水解有较好的催化效果。
[0011]储氢合金是除贵金属以外，目前性价比最高的DBFC阳极催化剂，科研人员通常从改变合金组分、多种催化剂复合、将储氢合金与碳纳米管复合等方面入手，希望进一步提升储氢合金硼氢化钠电化学催化性能，提高放电比功率，同时提高硼氢化钠的利用率。
[0012]储氢合金粉有两种常规充放氢方式：
①
气相充放氢；
②
将储氢合金粉制作成电极为负极，在碱性溶液中与氢氧化镍电极为正极组成半电池进行充放电，在充电过程中，负极储氢合金电极得到电子，也就是合金表面水中的H
+
，得到电子，转变为H，该H进入储氢合金，与储氢合金形成金属氢化物，完成充氢；反之放电时金属氢化物分解，H从内部扩散至储氢合金表面，失去1个电子成为H
+
，H
+
与碱性溶液中OH
‑
中和生成水完成放电，也就是电极中的储氢合金完成放氢。
[0013]如图1所示，是现有技术储氢合金作为DBFC阳极催化剂时，BH4‑
氧化过程示意图。
[0014]电化学反应过程：BH4‑
在储氢合金表面水解产生的氢部分被储氢合金吸收，这部分氢与储氢合金反应生成金属化氢化物，这部分氢在储氢合金电极表层释放电子继续参与电化学氧化反应，反应过程为1
→4→5→
6。但是，还有一部分氢从电解液中溢出，不能参与总的电化学反应，副反应过程为1
→
3。
[0015]关于储氢合金作为有机合成加氢反应催化剂的催化机理，目前尚未建立起成熟的理论，但大量研究结果表明，未经预处理的储氢合金，要么不具有活性，要么具有较低的活性，造成DBFC放电比功率和硼氢化钠利用率较低。

技术实现思路

[0016]为克服现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极及其制备方法，能够大幅度提高DBFC的放电比功率，同时还可以有效抑制硼氢化钠水解，从而提高硼氢化钠的利用率。
[0017]为达到上述目的，本专利技术使用的技术解决方案是：
[0018]直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，选用储氢合金作为DBFC阳极的催化剂，在制备DBFC阳极过程中对DBFC阳极进行吸放氢并充氢处理。
[0019]进一步，先将储氢合金破碎为储氢合金粉末，再进行气相吸放氢并充氢处理；或者，先将储氢合金先进行气相吸放氢并充氢处理，然后再破碎为储氢合金粉末。
[0020]进一步，储氢合金粉末粒度≤75微米。
[0021]进一步，分别称取吸放氢并充氢的储氢合金粉末、导电剂、粘接剂，混合均匀后双面涂敷于焊接有镍带的泡沫镍上，烘干、压制成直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极。
[0022]进一步，将储氢合金破碎为储氢合金粉末，分别称取储氢合金粉末、导电剂、粘接剂，将三者混合均匀后双面涂敷于基材上，烘干、压制成DBFC阳极；对DBFC阳极进行吸放氢并充氢处理。
[0023]进一步，采用气相法或者电化学方法对DBFC阳极进行吸放氢并充氢处理。
[0024]进一步，采用气相法吸放氢并充氢处理时，氢化设备选用氢化炉或离解压
‑
组成
‑
温度特性P
‑
C
‑
T测试仪，所采用的储氢合金在40℃时，离解压
‑
组成
‑
温度特性P
‑
C
‑
T放氢平台压小于0.1MPa。
[0025]进一步，导电剂选用碳纳米管、羰基镍粉、乙炔黑之一或混合，粘接剂选用聚乙烯醇PVA、丁苯胶SBR、聚四氟乙烯PTFE之一或混合。
[0026]直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极，DBFC阳极的材料包括经过吸放氢并充氢处理的储氢合金。
[0027]优选的，储氢合金采用La
‑
Fe
‑
B系储氢合金，La
‑
Fe
‑
B系储氢合金选用La8Fe3Ni
44
Mn3B2或者La
15
Fe2Ni
72
Mn7B2Al2。
[0028]本专利技术技术效果包括：
[0029]1、本专利技术的DBFC阳极经吸放氢并充氢处理后，表现出更好的对硼氢化钠参与电化学氧化反应的催化性能。
[0030]现有文献报道的储氢合金作为DBFC阳极催化剂时，硼氢化钠参与电化学氧化反应时，有一部分硼氢化钠水解产生氢气，这部分氢气中的一部分被储氢合金吸收，再通过储氢合金参与电化学反应，而硼氢化钠中的H离子直接参与电化学氧化反应，是
‑
1价由变成+1
价，释放2个电子；而水解产生的氢被储氢合金吸收再参与电化学氧化反应是0价变为+1价，释放1个电子；有1个电子浪费，并且电极电势也会下降，对应的电池电压也会下降；因此在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，其特征在于，选用储氢合金作为DBFC阳极的催化剂，在制备DBFC阳极过程中对DBFC阳极进行吸放氢并充氢处理。2.如权利要求1所述的直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，其特征在于，先将储氢合金破碎为储氢合金粉末，再进行气相吸放氢并充氢处理；或者，先将储氢合金先进行气相吸放氢并充氢处理，然后再破碎为储氢合金粉末。3.如权利要求2所述的直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，其特征在于，储氢合金粉末粒度≤75微米。4.如权利要求3所述的直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，其特征在于，分别称取吸放氢并充氢的储氢合金粉末、导电剂、粘接剂，混合均匀后双面涂敷于焊接有镍带的泡沫镍上，烘干、压制成直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极。5.如权利要求1所述的直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，其特征在于，将储氢合金破碎为储氢合金粉末，分别称取储氢合金粉末、导电剂、粘接剂，将三者混合均匀后双面涂敷于基材上，烘干、压制成DBFC阳极；对DBFC阳极进行吸放氢并充氢处理。6.如权利要求5所述的直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，其特征在于，采用气相法或者电化学方法对DBFC阳极进行吸放氢并充氢处理。7.如权利要求6所述的直接硼氢化钠燃料电池DBFC阳极的制备方法，其特征在于，采用气相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金，许亚茹，张旭，安杰，王利，蒙丽娟，周淑娟，赵玉园，李红喜，李宝犬，徐津，闫慧忠，
申请(专利权)人：国瑞科创稀土功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：