新型高效氧電極催化劑的研究與評(píng)價(jià).pdf_第1頁(yè)
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1、燃料電池與金屬-空氣電池由于具有清潔、高效、可連續(xù)大功率放電的特殊性能而受到人們廣泛的關(guān)注。氧電極是燃料電池和金屬-空氣電池中的陰極,在控制電池性能方面有很重要的作用。對(duì)H2-O2燃料電池,即使在電流密度高達(dá)2A/c㎡,氫電極的過電位也不會(huì)超過50mV。而O2電極即使在小電流密度下,過電位也達(dá)300~400mV。同樣地,氧電極也是金屬-空氣電池中決定其性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。 用于氧電極的催化劑的研究一直是制約氧電極技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因

2、素。在尋求具有高效的催化性與低廉的成本的氧還原反應(yīng)(ORR)的催化劑的過程中,人們除開發(fā)出先進(jìn)的貴金屬及合金催化劑制造技術(shù)外,還開發(fā)了大量的用于ORR的過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物,但是均不理想,如應(yīng)用較廣泛的幾種催化劑中,鉑雖然催化性能較好,但成本過高,而廉價(jià)的MnO2催化劑材料對(duì)氧還原雖有一定的催化活性,但多為微米級(jí)粉料,且性能也不十分好。 本課題采用了兩種新穎,簡(jiǎn)易的制備方法--液相合成法和固相熱壓法制備了錳的復(fù)合氧化物催化劑來(lái)作為

3、氧電極催化劑,采用XRD對(duì)本課題所制備的催化劑材料進(jìn)行了晶型結(jié)構(gòu)表征,并通過開路電位-時(shí)間,線性伏安掃描、穩(wěn)態(tài)極化、循環(huán)伏安、交流阻抗等測(cè)試手段,研究了催化劑材料在酸性、堿性、中性以及微酸性電解質(zhì)溶液中的催化性能,并將其與國(guó)外現(xiàn)有研究成果進(jìn)行了比較,考察了催化劑材料的應(yīng)用前景。 結(jié)果表明兩種方法制得的催化劑材料的主要成分均為Mn3O4,分析其在不同的制備方法下可能含有其他的不同的錳的氧化物。其中,液相合成法制得的催化劑材料在酸性

4、電解質(zhì)溶液中具有較好的催化活性,初步表現(xiàn)出較高的研究?jī)r(jià)值;而固相熱壓法制得的催化劑材料在堿性電解質(zhì)溶液中具有非常好的催化活性,甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有催化劑研究成果的催化活性;且固相熱壓法制得的催化劑材料在堿性介質(zhì)中的電催化活性要大于在其他介質(zhì)中的催化活性,表明該催化劑材料在堿性電解液和其他電解質(zhì)溶液中催化氧還原的機(jī)理是不同的。 總之,本課題所制得的催化劑材料表現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景,具有很高的研究?jī)r(jià)值,可從制備工藝的優(yōu)化和材料的摻雜改

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