CN100454627C - 一种铝/过氧化氢燃料电池阴极制备方法 - Google Patents

一种铝/过氧化氢燃料电池阴极制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铝/过氧化氢燃料电池阴极制备方法，其步骤如下：a)将泡沫镍基底浸入浓度为1-3M的盐酸溶液中，10-60分钟后取出，去离子水冲洗；b)将步骤a活化处理后的泡沫镍基底放入含有20-50g/l含银离子的银盐电沉积溶液中，20～30℃下，电流密度为3-5mA/cm2，电镀时间为2-5min，将金属银催化剂沉积在泡沫镍的纤维丝上，并且保留了泡沫镍的多孔结构，得到过氧化氢还原阴极。本发明制备的铝/过氧化氢燃料电池阴极，为多孔结构，比表面积大，催化剂颗粒细小、分布均匀、排列有序，有利于过氧化氢的快速扩散和均匀分布，对过氧化氢还原反应具有良好的催化性能。该方法易于实施，成本低，适合规模制备与实际应用。

Description

一种铝/过氧化氢燃料电池阴极制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝/过氧化氢燃料电池阴极的制备方法。
背景技术
铝/过氧化氢燃料电池(Al-H2O2Fuel Cell)以金属铝或铝合金作为阳极材料，过氧化氢为阴极反应物质，中性盐或碱溶液作为电解质溶液，将燃料的化学能直接转化为电能的装置。铝阳极与电解质溶液中的氢氧根离子(OH-)反应释放出电子，产生偏铝酸根(AlO2 -)和水(H2O)，过氧化氢根离子在阴极催化剂的催化作用下捕获经外电路抵达的电子发生还原反应：
阳极反应：2Al+8OH-→2AlO2 -+4H2O+6e-；
阴极反应：3HO2 -+3H2O+6e-→9OH-；
电池总反应：2Al+3HO2 -→2AlO2 -+OH-+H2O。
过氧化氢还原阴极是铝/过氧化氢燃料电池的重要组成部分，阴极催化剂性能和阴极结构的优劣直接关系到电池的性能。欧美等国家的科研机构都对铝/过氧化氢燃料电池阴极的制备方法进行了研究。
美国专利US5296429A介绍的过氧化氢还原阴极是在镍基底上沉积钯、铱结合的二元催化剂制得，在工作温度为55℃时，该阴极构成的电池最大功率密度为800mW/cm2，该方法制备的阴极催化剂颗粒较大，分布不均匀。
美国专利US6740220B1，主要采用在高密度碳或多孔碳载体上沉积钯、铱催化剂的方法制备过氧化氢还原阴极，在工作温度为55℃时，该阴极构成的电池最大功率密度为380mW/cm2，阴极极化电流密度达700mA/cm2。碳载体与沉积的钯、铱催化剂之间的结合力较差，在电解液流动条件下，催化剂容易脱落，并且在过氧化氢存在情况下，碳(石墨)可能会发生氧化反应，使电极稳定性降低，因而减小电极的使用寿命。
由于钯、铱催化剂价格昂贵，电极的制备成本较高，上述两种电极还没有实际应用。现在，商业应用的铝/过氧化氢燃料电池是采用平板的银箔或银网作为阴极，这种电极的不足之处是只有电极表面的银起催化作用，银催化剂利用率低，对过氧化氢还原的催化性能不高。因此，急需寻求一种对过氧化氢还原具有高效催化活性，成本较低的铝/过氧化氢燃料电池阴极的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝/过氧化氢燃料电池阴极制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的制备方法，以多孔泡沫镍作为基底材料，经活化处理后，置于含银盐溶液的电化学沉积槽中，通过调节电沉积溶液中银盐溶液浓度、电流密度、温度以及电化学沉积时间来控制银催化剂颗粒的尺度大小、分布与晶体生长方式，同时保持泡沫镍的多孔结构，将作为过氧化氢还原电催化剂的金属银沉积在泡沫镍的纤维丝上；其具体步骤如下：
a)将泡沫镍基底浸入浓度为1-3M的盐酸溶液中，10-60分钟后取出，去离子水冲洗；
b)将步骤a活化处理后的泡沫镍基底放入含有20-50g/l含银离子的银盐电沉积溶液中，20～30℃下，电流密度为3-5mA/cm2，电镀时间为2-5min，将金属银催化剂沉积在泡沫镍的纤维丝上，并且保留了泡沫镍的多孔结构，得到过氧化氢还原阴极。
所述铝/过氧化氢燃料电池阴极的制备方法，泡沫镍基底为导电且多孔的泡沫镍材料。
所述铝/过氧化氢燃料电池阴极的制备方法，银盐电沉积溶液为氰化银钾(KAg(CN)2)的银盐电沉积溶液。
所述铝/过氧化氢燃料电池阴极的制备方法，过氧化氢还原阴极为多孔泡沫镍纤维基底上电沉积银催化剂的电极。
本发明的有益效果是：
1、在多孔泡沫镍基底上电化学沉积银催化剂，金属泡沫镍作为基底材科，增强了电极的导电性，有利于反应电子的传输；
2、由于泡沫镍基底的多孔结构，使电极催化剂比表面积增加。同时银催化剂晶体颗粒为片状，厚度在纳米尺度范围内(平均厚度约为100nm)，分布均匀，在泡沫镍表面呈有序竖直排列，使催化剂比表面积显著增加，提高了电极的催化性能；
3、电极的多孔纤维结构使电解液与催化剂表面有充分的接触，同时形成对流的通道，有利于传质的进行；
4、该方法制备的阴极泡沫镍基体与催化剂之间结合力强，提高了电极的稳定性；
5、电化学沉积银催化剂用量少，所制备电极价格低廉，适合规模制备与实际应用；
6、在温度为50℃条件下，该阴极极化电流密度可达1300mA/cm2，在工作温度为45℃条件下，该电催化阴极构成的铝/过氧化氢燃料电池最大功率密度为450mW/cm2。
附图说明
图1为本发明制得的泡沫镍基底电化学沉积银催化剂的阴极的扫描电子显微镜照片；其中：a为泡沫镍基底结构，b为泡沫镍表面形貌，c为电沉积银催化剂表面形貌(×2000)，d为电沉积银催化剂颗粒形态结构(×5000)。
图2为本发明制得的泡沫镍基底上电化学沉积银催化剂电极的过氧化氢还原阴极极化曲线。
图3为本发明制得的泡沫镍基底上电化学沉积银催化剂电极作为铝/过氧化氢燃料电池阴极的电池性能曲线。
具体实施方式
将多孔的泡沫镍基底浸入浓度为3M的盐酸溶液中，经20分钟后取出，用去离子水冲洗。将活化处理后的泡沫镍基底放入含有50g/l氰化银钾(KAg(CN)2)的银盐电沉积溶液中，保持槽温在25～30℃条件下，控制电流密度为5mA/cm2，电镀时间为5分钟。经过这样的电沉积制备过程，就将作为过氧化氢还原电催化剂的金属银沉积在泡沫镍的纤维丝上，并且保留了泡沫镍的多孔结构，得到高性能的过氧化氢还原电极。
图2是上述方法制得的多孔泡沫镍为基底的电沉积银催化剂电极在温度为50℃条件下，3M氢氧化钠(NaOH)、0.5M过氧化氢(H2O2)和40g/l氯化钠(NaCl)混合溶液中的过氧化氢还原的阴极极化曲线。
图3是上述方法制得的多孔泡沫镍为基底的电沉积银催化剂电极作为铝/过氧化氢燃料电池阴极的电池性能曲线。该电池的阳极为BDW铝合金，电解质溶液为3M氢氧化钠(NaOH)、0.5M过氧化氢(H2O2)和40g/l氯化钠(NaCl)的混合溶液，电池工作温度为45℃。

Claims (1)

1、一种铝/过氧化氢燃料电池阴极制备方法，以多孔泡沫镍作为基底材料，经活化处理后，置于含银盐溶液的电化学沉积槽中，通过调节电沉积溶液中银盐溶液浓度、电流密度、温度以及电化学沉积时间来控制银催化剂颗粒的尺度大小、分布与晶体生长方式，同时保持泡沫镍的多孔结构，将作为过氧化氢还原电催化剂的金属银沉积在泡沫镍的纤维丝上；其具体步骤如下：
a)将泡沫镍基底浸入浓度为1-3M的盐酸溶液中，10-60分钟后取出，去离子水冲洗；
b)将步骤a活化处理后的泡沫镍基底放入含有20-50g/l含银离子的银盐电沉积溶液中，20～30℃下，电流密度为3-5mA/cm2，电镀时间为2-5min，将金属银催化剂沉积在泡沫镍的纤维丝上，并且保留了泡沫镍的多孔结构，得到过氧化氢还原阴极；
所述银盐电沉积溶液为氰化银钾(KAg(CN)2)的银盐电沉积溶液。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101537360B (zh) * 2008-03-17 2012-07-04 汉能科技有限公司 一种固定床雷尼镍催化剂的制备方法
WO2012007931A2 (en) * 2010-07-16 2012-01-19 Dublin City University Silver electrode catalyst
CN102082278B (zh) * 2011-01-06 2013-04-10 哈尔滨工程大学 含有Fe–N/C的H2O2基燃料电池阴极材料的制备方法
CN103280585A (zh) * 2013-06-07 2013-09-04 苏州诺信创新能源有限公司 泡沫镍载体钯铱电极的制备方法
CN103296287A (zh) * 2013-06-07 2013-09-11 苏州诺信创新能源有限公司 泡沫镍载体纳米金电极的制备方法
CN104022289B (zh) * 2014-05-07 2017-01-04 南通大学 一种直接甲醇燃料电池RuNi/TiO2纳米管电极及制备方法
CN104393307B (zh) * 2014-10-14 2016-08-24 西北工业大学 基于无碳Ag-Cu催化剂层的空气电极及其制备方法
CN104319408B (zh) * 2014-10-14 2017-07-07 西北工业大学 银铜纳米合金空气电极催化剂层及其沉积方法
CN107317069B (zh) * 2017-08-06 2023-10-03 鲁壮 一种金属空气电池
CN111293320B (zh) * 2018-12-06 2021-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属-过氧化氢电池及其制备与应用
CN115020116B (zh) * 2022-06-01 2024-07-19 浙江工业大学 一种超级电容器用NF-Ag集流体及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1137127A (en) * 1965-12-20 1968-12-18 Pullman Inc Electrodes particularly useful for fuel cells
EP0032787A2 (en) * 1980-01-21 1981-07-29 Hitachi, Ltd. Method of manufacturing a catalytic electrode and a fuel cell containing an electrode manufactured by the method
US5296429A (en) * 1992-08-21 1994-03-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Preparation of an electrocatalytic cathode for an aluminum-hydrogen peroxide battery
US5445905A (en) * 1993-11-30 1995-08-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Dual flow aluminum hydrogen peroxide battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1137127A (en) * 1965-12-20 1968-12-18 Pullman Inc Electrodes particularly useful for fuel cells
EP0032787A2 (en) * 1980-01-21 1981-07-29 Hitachi, Ltd. Method of manufacturing a catalytic electrode and a fuel cell containing an electrode manufactured by the method
US5296429A (en) * 1992-08-21 1994-03-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Preparation of an electrocatalytic cathode for an aluminum-hydrogen peroxide battery
US5445905A (en) * 1993-11-30 1995-08-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Dual flow aluminum hydrogen peroxide battery

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