一種提高直接硼氫燃料電池鎳陽極催化劑性能的添加劑的制作方法
【專利摘要】本發明所涉及的一種提高直接硼氫燃料電池鎳陽極催化劑性能的硫脲(TU)添加劑。其制備方法如下：在常壓下，溫度在293.15～313.15K范圍，采用恒電位(?0.8V)法將金屬鎳沉積到Ni片電極上制成的鎳基催化劑作為鎳陽極催化劑。配置0.045mol/L的硫脲(TU)溶液，再取1mL配置好的硫脲溶液稀釋5倍，使硫脲溶液濃度為0.009mol/L，并以此溶液為電解液添加劑。硫脲(TU)在鎳基催化劑表面形成了一層疏水性薄膜，薄膜改變了鎳基催化劑表面BH4?分布，提高BH4?電化學氧化效率。硫脲(TU)的添加也引起了BH4?電化學氧化峰電位的偏移；使體系的電化學阻抗變小，放電效率變高，放電電位更負，放電時間更長。
【專利說明】
一種提高直接硼氫燃料電池鎳陽極催化劑性能的添加劑
技術領域
[0001]本發明屬于電化學應用領域，具體涉及一種提高直接硼氫燃料電池鎳陽極催化劑性能的添加劑。
【背景技術】
[0002]目前為了提高直接硼氫燃料電池鎳陽極催化劑性能，通常采用Pt、Ag、Pd和Au等價格昂貴的金屬催化劑。為了降低成本，具有催化能力的Ni金屬也被用作直接硼氫燃料電池的陽極催化劑。然而，現有技術中用鎳基作陽極催化劑時，由于Ni在堿性環境中極易腐蝕，失去催化活性，導致BH4-直接氧化時的電化學反應阻抗大，電極反應的電荷傳遞阻力大，反應速率較慢，BH4—的直接氧化性能不高，燃料放電效率低。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是為了克服上述現有技術的不足，提供一種提高直接硼氫燃料電池鎳基催化劑性能的硫脲(TU)添加劑，期望能增強鎳基催化劑的耐蝕性，提高職―的直接氧化性能和放電效率。
[0004]本發明所涉及的一種提高直接硼氫燃料電池鎳基催化劑性能的硫脲(TU)添加劑，由于硫脲(TU)在鎳基催化劑表面形成了一層疏水性薄膜，薄膜改變了鎳基催化劑表面BH4 一分布，提高BH4—電化學氧化效率。硫脲(TU)的添加也引起了 BH4—電化學氧化峰電位的偏移；使體系的電化學阻抗變小，放電效率變高，放電電位更負，放電時間更長。
【附圖說明】
[0005]圖1恒電流放電前鎳基催化劑的SEM圖；
[0006]圖2恒電流放電后鎳基催化劑的SEM圖；
[0007]圖3未添加硫脲BH4-直接氧化的前兩周期循環伏安曲線；
[0008]I第一周期2第二周期
[0009]圖4添加硫脲前后BH4-直接氧化的前兩周期循環伏安曲線；
[0010]I第一周期2第二周期
[0011]圖5BH4—直接氧化的前兩周期電流值隨硫脲濃度變化的曲線；
[0012]I第一周期2第二周期
[0013]圖6添加硫脲前后BH4—直接氧化的交流阻抗譜；
[0014]圖7添加硫脲前后BH4—的恒電流放電曲線.
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發明的方法進一步說明如下:
[0016]實施例1:
[0017]在常壓下，溫度在293.15?313.15K范圍，配置0.2mol/L的NiSO4溶液。將2.0cm2的光滑Ni片(作工作電極)置于上述溶液中，以光滑Ni片為對電極，甘汞電極為參比電極，采用恒電位(-0.8V)法將金屬鎳沉積到Ni片電極上制成鎳基催化劑。稱取適量的硼氫化鈉(NaBH4)，并將其溶解于2.0moVL的氫氧化鈉(NaOH)溶液中，制成0.27mOl/L NaBH4溶液，混合均勻后作為直接NaBH4燃料電池的電解液。配置0.045mo I /L的硫脲溶液，再取ImL配置好的硫脲溶液稀釋5倍，使硫脲溶液濃度為0.009mol/L。量取30mL電解液，向其分別加入O、
0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.141^硫脲溶液，以2.00112的鎳基催化劑為工作電極，汞/氧化汞電極為參比電極，石墨棒為輔助電極，采用線性電位掃描(LSV)進行性能測試。
[0018]圖1和圖2分別為恒電流測試前后鎳基催化劑的SEM圖，從圖中可以看出，恒電流放電測試后，鎳基催化劑的形貌和測試之前沒有改變，其表面附著的白色晶體是硫脲在催化劑表面形成的薄膜干了后的物質。
[0019]本實施例所得未添加硫脲BH4—直接氧化的前兩個周期循環伏安曲線如圖3所示，可以看出未添加硫脲時，BH4—第一周期直接氧化峰電流是77mA/cm2，第二周期為37mA/cm2。
[0020]圖4是添加硫脲前后BH4—直接氧化的前兩周期循環伏安曲線，通過與未添加硫脲時對比，添加硫脲后BH4—前兩個周期氧化峰電流顯著增大，分別達到了90mA/cm2和48mA/cm2，與未添加硫脲峰電流相比，兩個周期分別提高了 16.9%和29.7%。說明硫脲的添加抑制了鎳基催化劑在堿性條件下的腐蝕，增強了BH4—的直接氧化性能，同時也提高了燃料的利用率。
[0021]圖5給出了BH4—氧化峰電流隨硫脲濃度變化的前兩周期循環伏安曲線。從圖中可以看出，在硫脲添加劑的低濃度區域，氧化峰電流隨硫脲濃度的增加而增大；當硫脲濃度超出一定范圍后，氧化峰電流隨硫脲濃度的增大而減小。當硫脲濃度為0.21ymol/L時，BH4—氧化峰電流值最大為179mA，鎳基催化劑的催化能力最強。由于硫脲的加入，屏蔽了陽極析氫點，抑制了BH4—水解，使BH4—氧化峰電流在一定硫脲濃度范圍內，隨硫脲濃度增加而增加，但是當硫脲濃度過大時，會使鎳基催化劑失去活性，引起催化劑中毒，致使峰電流下降。
[0022]實施例2:
[0023]在常壓下，溫度在293.15?313.15K范圍，配置0.2mol/L的NiSO4溶液。將2.0cm2的光滑Ni片(作工作電極)置于上述溶液中，以光滑Ni片為對電極，甘汞電極為參比電極，采用恒電位(-0.8V)法將金屬鎳沉積到Ni片上制成鎳基催化劑。稱取適量的NaBH4，并將其溶解于2.0mol/L的NaOH溶液中，制成0.27mol/L NaBH4溶液，混合均勻后作為直接NaBH4燃料電池的電解液。向電解液中加入0.21ymol/L硫脲，以2.0cm2的鎳基催化劑為工作電極，汞/氧化汞電極為參比電極，石墨棒為輔助電極，進行交流阻抗譜性能測試。
[0024]圖6是添加硫脲前后BH4—直接氧化的交流阻抗譜。從圖中可以看出，添加硫脲前后BH4—的直接氧化下的電化學阻抗譜存在顯著差異。比較圖6發現電化學阻抗的直徑大小為:TU+鎳基〈鎳基。半圓弧的直徑代表電極反應的電化學阻抗大小。加硫脲的圓弧直徑較小，說明在加硫脲后有效抑制了鎳基催化劑在堿性條件下的腐蝕，BH4—的直接氧化反應更加容易，電化學反應需克服的能皇小，從而增強了電極反應的電荷傳遞，顯著改善了BH4—的氧化性會K。
[0025]實施例3:
[0026]在常壓下，溫度在293.15?313.15K范圍，配置0.2mol/L的NiSO4溶液。將2.0cm2的光滑Ni片(作工作電極)置于上述溶液中，以Ni片為對電極，甘汞電極為參比電極，采用恒電位(-0.8V)法將金屬鎳沉積到Ni片上制成鎳基催化劑。稱取適量的NaBH4,并將其溶解于
2.0mol/L的NaOH溶液中，制成0.27mol/L NaBH4溶液，混合均勻后作為直接NaBH4燃料電池的電解液。向電解液中加入0.18μηιο I /L硫脲，以2.0 cm2的沉積Ni催化劑為工作電極，萊/氧化汞電極為參比電極，石墨棒為輔助電極，進行恒電流放電性能測試。
[0027]圖7是在電流密度為lOmA/cm2下，以0.27mol/L NaBH4為電解質溶液，添加硫脲前后BH4—直接氧化的恒電流放電曲線。從圖中可以看出，在未加硫脲時，BH4—直接氧化的初始放電電位Eiss=-0.83V;在相同條件下，加硫后BH4—直接氧化的初始放電電位為Etu+織=-0.88V，降低了0.05V。加入硫脲后，BH4—的放電電位更負，電池電壓更高，功率也更大。在未加硫脲時BH4—的放電時間為8.7 X 13S，加硫脲后BH4—的放電時間為2.0 X 104s。由公式Q= It =nZF和n = t ’/t，未加硫脲BH4—的放電效率為2.78%，加硫脲后BHf的放電效率為6.4%，放電效率提高了 130%。加入硫脲后，BH4—的放電效率大大提高。
【主權項】
1.本發明所涉及的一種提高直接硼氫燃料電池鎳陽極催化劑性能的硫脲(TU)添加劑。其制備方法如下:在常壓下，溫度在293.15?313.15K范圍，采用恒電位(-0.8V)法將金屬鎳沉積到Ni片電極上制成的鎳基催化劑作為鎳陽極催化劑。配置0.045mol/L的硫脲溶液，再取ImL配置好的硫脲溶液稀釋5倍，使硫脲溶液濃度為0.009mol/L，并以此溶液為電解液添加劑。
【文檔編號】H01M4/90GK105826576SQ201610377876
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】余丹梅, 余小芳, 杜園園, 宋前通, 鄧維林, 陳昌國
【申請人】重慶大學