直接肼燃料電池的研究.pdf

1、直接肼燃料電池(DHFC)由于其較高的理論能量密度(5.42 Wh g-1)、較高的理論電動(dòng)勢(shì)(1.61 V)以及較高的理論能量轉(zhuǎn)化率(100％)而廣受關(guān)注。本文通過(guò)對(duì)DHFC的陽(yáng)極催化劑、陰極催化劑和氧化劑進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步提高了DHFC的發(fā)電性能，為DHFC的基礎(chǔ)研究提供了實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。本文采用循環(huán)伏安法和恒電流放電等電化學(xué)測(cè)試方法分別對(duì)不同陽(yáng)極催化劑對(duì)肼(N2H4)的電化學(xué)氧化反應(yīng)和不同陰極催化劑對(duì)O2的電化學(xué)還原反應(yīng)的催

2、化性能和機(jī)理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。此外，本文開發(fā)和設(shè)計(jì)了使用H2O2作為氧化劑的新型DhFC，進(jìn)一步提高DHFC的工作電壓和輸出功率密度。
　　 研究表明，N2H4在Ni表面的氧化峰電位為0.32 V，而在Pt表面有兩個(gè)氧化峰，其對(duì)應(yīng)的峰位分別為-0.628 V和0.16 V。由于N2H4在催化劑表面的吸附狀態(tài)和催化劑對(duì)H和N的吸引作用的差異，導(dǎo)致了N2H4在Ni和Pt表面的電化學(xué)氧化途徑的差異。N2H4在Ni表面的斷鍵方式為N

3、-N鍵斷鍵，形成NH2(ad)。而在Pt表面則存在兩種主要途徑：一種是在較負(fù)的電位發(fā)生N-H鍵斷鍵，形成H(ad)；另一種是在較正的電位發(fā)生N-N鍵斷鍵，形成NH2(ad)。
　　 對(duì)比了Pt/C、Pd/C、Co-PPYC-C和Au/C作為DHFC的陰極催化劑的電化學(xué)性能。研究表明，Co-PPY-C比Pt/C、Pd/C、Au/C更適合作為DHFC的陰極催化劑。這是因?yàn)镃o-PPY-C不僅具有較好對(duì)O2還原反應(yīng)的催化活性，而且具有

4、較好的耐N2H4的能力。
　　 考察了電解質(zhì)膜的厚度、燃料的濃度、工作溫度和燃料流量對(duì)電池性能的影響。研究表明，采用薄Na+型Nafion膜211膜為電解質(zhì)膜，10 wt.％N2H4-15 wt.％NaOH溶液為燃料的DHFC在80℃的最大輸出功率密度為627 mw cm-2。
　　 當(dāng)以Ni-Pt/C作為陽(yáng)極催化劑、Au/C作為陰極催化劑、N211膜為電解質(zhì)膜組構(gòu)建的以H2O2為氧化劑的DHFC，在80℃時(shí)，開路電壓為