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添加剂对DBFC镍阳极催化性能的影响

李小艳  
【摘要】:直接硼氢化物燃料电池(DBFC)是一种新型的高比能便携式燃料电池,因理论电压和比能量高,燃料易于储存和运输等优势,成为近年来国内外燃料电池领域的研究焦点。理论上BH_4~–的电化学氧化是8电子反应,但实际上由于所用阳极催化剂的不同,BH_4~–电氧化所释放的电子数不同。因此阳极催化剂的研究对DBFC的应用显得尤为重要。因贵金属价格昂贵,所以研究非贵金属阳极催化剂是降低DBFC生产成本的重要途径,因此本论文中选用较廉价的非贵金属镍(Ni)作阳极催化剂,对其催化性能进行了深入的研究。 首先,采用循环伏安法研究了碱性介质中Ni对BH_4~–电化学氧化反应的催化性能。结果发现:BH_4~–在Ni上电化学氧化的循环伏安曲线只有一个氧化峰,峰电位约为-0.7V,回扫过程中没有峰;而在Pt电极上,BH_4~–的电化学氧化过程存在两个峰,峰电位在-0.4~0V范围内,而且回扫时也出现了两个氧化峰。这表明:BH_4~–在Ni上的氧化过程比Pt上的简单,氧化峰电位更负。 其次,由于Ni金属在碱性介质中易被腐蚀,从而失去对BH_4~–电化学氧化的催化活性,所以采用循环伏安法研究了胺基类、醇类、氨基酸及醇胺类有机物添加剂对碱性介质中Ni催化性能的影响。实验结果表明:六次甲基四胺、三乙烯四胺及甘氨酸能促进BH_4~–的电化学氧化,但不能抑制Ni金属的腐蚀;乙醇和丙三醇不仅不能改善Ni的催化稳定性,而且还阻碍了BH_4~–的电化学氧化;乙醇胺(MEA)能够有效改善Ni的催化稳定性,但不能促进BH_4~–的电化学氧化; 最后,采用循环伏安、交流阻抗及恒电流放电等电化学测试方法研究了乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)三种添加剂对Ni催化性能的影响。研究结果表明:三种添加剂均能有效地抑制碱性介质中Ni的腐蚀,其最佳浓度范围依次为:0.0494~0.0606mol/L、0.0618~0.0759mol/L、0.0643~0.0738mol/L。研究还结果表明:TEA添加剂的效果最好,不仅能有效抑制Ni金属的腐蚀,还能促进BH_4~–的电化学氧化。X-射线衍射测定结果进一步证实了添加剂TEA对Ni金属的腐蚀具有缓蚀作用。另外,升高温度可以强化这三种添加剂的缓蚀作用。其中,TEA添加剂的效果受温度的影响最小。


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