CN114094122B - 一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用 - Google Patents

一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114094122B
CN114094122B CN202111339105.6A CN202111339105A CN114094122B CN 114094122 B CN114094122 B CN 114094122B CN 202111339105 A CN202111339105 A CN 202111339105A CN 114094122 B CN114094122 B CN 114094122B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
foamed nickel
pdru
composite cathode
nickel composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111339105.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114094122A (zh
Inventor
孙丽美
温凤春
石利泺
许雪娜
庄文昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xuzhou University of Technology
Original Assignee
Xuzhou University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xuzhou University of Technology filed Critical Xuzhou University of Technology
Priority to CN202111339105.6A priority Critical patent/CN114094122B/zh
Publication of CN114094122A publication Critical patent/CN114094122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114094122B publication Critical patent/CN114094122B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
    • H01M4/8652—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites as mixture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8689—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用，它涉及一种复合阴极的制备方法及应用。本发明的目的是要解决现有Mg‑H2O2半燃料电池的阴极材料中贵金属Pd的使用量过多导致电池的成本过高，且现有Mg‑H2O2半燃料电池的性能还可以继续提升的问题。方法：一、泡沫镍预处理；二、制备氧化石墨烯分散液；三、制备石墨烯/泡沫镍复合基底；四、制备氯化钯/氯化钌混合溶液；五、将石墨烯/泡沫镍复合基底浸入到氯化钯/氯化钌混合溶液中，得到PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极。一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极作为一种Mg‑H2O2半燃料电池的阴极使用。本发明可获得一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极。

Description

一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种复合阴极的制备方法及应用。
背景技术
Mg-H2O2半燃料电池是一种以金属Mg及Mg合金为阳极燃料，过氧化氢为氧化剂的新型化学电源，具有放电活性高、能量密度大、安全可靠、环境友好等突出特点。过氧化氢作为阴极氧化剂，其高效快速的电还原反应速率直接决定了电池的性能。目前，Mg-H2O2半燃料电池的阴极材料主要是担载在泡沫金属或碳材料(碳纸、碳布)上的贵金属催化剂，如Pt、Pd、Ir、Ru、Au等及其合金，其中Pd基催化剂展现了最佳的催化活性。
但是，贵金属Pd的使用量过多导致电池的成本过高，且现有Mg-H2O2半燃料电池的性能还可以继续提升。
发明内容
本发明的目的是要解决现有Mg-H2O2半燃料电池的阴极材料中贵金属Pd的使用量过多导致电池的成本过高，且现有Mg-H2O2半燃料电池的性能还可以继续提升的问题，而提供一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法。
一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、泡沫镍预处理：
将泡沫镍依次在丙酮、盐酸溶液中浸泡，然后洗涤，再干燥，得到预处理后的泡沫镍；
二、将氧化石墨烯和蒸馏水混合，再超声处理，得到氧化石墨烯分散液；
三、将预处理后的泡沫镍浸入到温度为30℃～80℃的氧化石墨烯分散液中3h～10h，自然冷却至室温，取出后使用蒸馏水洗涤3次～5次，再干燥，得到石墨烯/泡沫镍复合基底；
四、将氯化钯和氯化钌加入到去离子水中，然后搅拌，再超声，得到氯化钯/氯化钌混合溶液；
五、将石墨烯/泡沫镍复合基底浸入到温度为20℃～60℃的氯化钯/氯化钌混合溶液中30min～3h，自然冷却至室温，取出后再干燥，得到PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极。
一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极作为一种Mg-H2O2半燃料电池的阴极使用。
本发明的原理及优点：
本发明基于降低贵金属Pd的使用量，持续提升Mg-H2O2半燃料电池性能，降低电池成本为目的，以泡沫金属为基底，在其表面包覆石墨烯纳米层，在石墨烯表面修饰PdRu纳米粒子构成复合电极，该电极保留了泡沫金属的三维多孔结构，更易于电解液及产物的输送，电极中间支撑层波纹状石墨烯提升电极的比表面积及稳定性，贵金属Pd与Ru协同作用，构成复合电极，获得高性能Mg-H2O2半燃料电池。
附图说明
图1为实施例一步骤三制备的石墨烯/泡沫镍复合基底的SEM图；
图2为实施例一步骤五制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的SEM图；
图3为实施例一步骤五制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的元素分布图；
图4为实施例一步骤五制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的透射电镜图；
图5为Mg-H2O2半燃料电池放电性能曲线，图中1为以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池放电性能曲线，图中2为以对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池放电性能曲线；
图6为Mg-H2O2半燃料电池能量密度曲线，图中1为以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池能量密度曲线，图中2为以对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池能量密度曲线；
图7为复合阴极的Pd 3d的Xps图，图中1为实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的Pd 3d的Xps图，图中2为对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极的Pd 3d的Xps图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、泡沫镍预处理：
将泡沫镍依次在丙酮、盐酸溶液中浸泡，然后洗涤，再干燥，得到预处理后的泡沫镍；
二、将氧化石墨烯和蒸馏水混合，再超声处理，得到氧化石墨烯分散液；
三、将预处理后的泡沫镍浸入到温度为30℃～80℃的氧化石墨烯分散液中3h～10h，自然冷却至室温，取出后使用蒸馏水洗涤3次～5次，再干燥，得到石墨烯/泡沫镍复合基底；
四、将氯化钯和氯化钌加入到去离子水中，然后搅拌，再超声，得到氯化钯/氯化钌混合溶液；
五、将石墨烯/泡沫镍复合基底浸入到温度为20℃～60℃的氯化钯/氯化钌混合溶液中30min～3h，自然冷却至室温，取出后再干燥，得到PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的盐酸溶液的浓度为3mol L-1～6mol L-1。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中将泡沫镍依次在丙酮、盐酸溶液中各浸泡10min，然后使用蒸馏水洗涤3次～5次，再在温度为60℃下干燥，得到预处理后的泡沫镍。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述的石墨烯为使用Hummer改进方法合成的；步骤二中所述的氧化石墨烯的质量与蒸馏水的体积比为1mg:1mL；步骤二中所述的超声处理的功率为150W～300W，超声处理是时间为0.5h～1.5h。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中所述的干燥的温度为60℃，干燥的时间为5h～7h。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中所述的氯化钯/氯化钌混合溶液中氯化钯的浓度为10mmolL-1～50mmolL-1，氯化钌的浓度为10mmolL-1～50mmolL-1。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四中所述的搅拌速度为800r/min～2000r/min，搅拌的时间为20min～40min；步骤四中所述的超声的功率为150W～300W，超声处理是时间为0.5h～1.5h。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤五中所述的干燥的温度为60℃，干燥的时间为2h～6h。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极作为一种Mg-H2O2半燃料电池的阴极使用。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：所述的Mg-H2O2半燃料电池的组装方法为：将Mg合金阳极和PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极分别装载在nafion膜两侧，组装成Mg-H2O2半燃料电池，阳极电解液为氯化钠溶液，阴极电解液为过氧化氢和硫酸的混合溶液；所述的氯化钠溶液的浓度为0.1mol L-1～0.8mol L-1；所述的过氧化氢和硫酸的混合溶液中H2O2的浓度为0.1mol L-1～2mol L-1，H2SO4的浓度为0.1mol L-1～1mol L-1；所述的Mg合金阳极为AZ31、AZ61或AZ91镁合金。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例一：一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、泡沫镍预处理：
将泡沫镍依次在丙酮、盐酸溶液中各浸泡10min，然后使用去离子水洗涤5次，再在60℃下干燥，得到预处理后的泡沫镍；
步骤一中所述的盐酸溶液的浓度为6mol L-1
二、将氧化石墨烯和蒸馏水混合，再超声处理20min，得到氧化石墨烯分散液；
步骤二中所述的石墨烯为使用Hummer改进方法合成的；
步骤二中所述的氧化石墨烯的质量与蒸馏水的体积比为1mg:1mL；
步骤二中所述的超声处理的功率为150W，超声处理是时间为1h；
三、将预处理后的泡沫镍浸入到温度为60℃的氧化石墨烯分散液中6h，自然冷却至室温，取出后使用蒸馏水洗涤3次，在60℃下干燥6h，得到石墨烯/泡沫镍复合基底；
四、将氯化钯和氯化钌加入到去离子水中，然后搅拌，再超声，得到氯化钯/氯化钌混合溶液；
步骤四中所述的氯化钯/氯化钌混合溶液中氯化钯的浓度为22.5mmolL-1，氯化钌的浓度为19.3mmolL-1；
步骤四中所述的搅拌的速度为1000r/min，搅拌的时间为30min；
步骤四中所述的超声的功率为200W，超声处理是时间为1h；
五、将石墨烯/泡沫镍复合基底浸入到温度为30℃的氯化钯/氯化钌混合溶液中1.5h，自然冷却至室温，取出后在60℃下干燥3h，得到PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极。
图1为实施例一步骤三制备的石墨烯/泡沫镍复合基底的SEM图；
从图1可知，石墨烯层均一地包覆于泡沫镍骨架表面，呈多褶皱状，这一形貌即增加了泡沫镍的比表面积，又保护了镍基底免受酸性电解液的腐蚀，进而提升了复合电极的稳定性。
图2为实施例一步骤五制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的SEM图；
从图2可知，PdRu纳米粒子聚集成微球形，分布于石墨烯/泡沫镍复合基底表面。
图3为实施例一步骤五制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的元素分布图；
从图3可知，Pd、Ru、C、Ni元素均一分布于电极上，说明PdRu复合催化剂成功附着于复合基底上。
图4为实施例一步骤五制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的透射电镜图；
从图4可知，PdRu纳米粒子均匀分布于石墨烯片层表面，大小约为5～10nm。
对比实施例一：一种Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、泡沫镍预处理：
将泡沫镍依次在丙酮、盐酸溶液中各浸泡10min，然后使用去离子水洗涤5次，再在60℃下干燥，得到预处理后的泡沫镍；
步骤一中所述的盐酸溶液的浓度为6mol L-1
二、将氧化石墨烯和蒸馏水混合，再超声处理20min，得到氧化石墨烯分散液；
步骤二中所述的石墨烯为使用Hummer改进方法合成的；
步骤二中所述的氧化石墨烯的质量与蒸馏水的体积比为1mg:1mL；
步骤二中所述的超声处理的功率为150W，超声处理是时间为1h；
三、将预处理后的泡沫镍浸入到温度为60℃的氧化石墨烯分散液中6h，自然冷却至室温，取出后使用蒸馏水洗涤3次，在60℃下干燥6h，得到石墨烯/泡沫镍复合基底；
四、将氯化钯加入到去离子水中，然后搅拌，再超声，得到氯化钯混合溶液；
步骤四中所述的氯化钯混合溶液中氯化钯的浓度为22.5mmolL-1；
步骤四中所述的搅拌的速度为1000r/min，搅拌的时间为30min；
步骤四中所述的超声的功率为200W，超声处理是时间为1h；
五、将石墨烯/泡沫镍复合基底浸入到温度为30℃的氯化钯混合溶液中1.5h，自然冷却至室温，取出后在60℃下干燥3h，得到Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极。
实施例二：实施例一制备的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的应用：
将Mg合金阳极和实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极分别装载在nafion膜两侧，组装成Mg-H2O2半燃料电池，阳极电解液为氯化钠溶液，阴极电解液为过氧化氢和硫酸的混合溶液；所述的氯化钠溶液的浓度为0.68mol L-1；所述的过氧化氢和硫酸的混合溶液中H2O2的浓度为1mol L-1，H2SO4的浓度为0.5mol L-1；所述的Mg合金阳极为AZ31。
对比实施例二：将对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极的应用：
将Mg合金阳极和对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极分别装载在nafion膜两侧，组装成Mg-H2O2半燃料电池，阳极电解液为氯化钠溶液，阴极电解液为过氧化氢和硫酸的混合溶液；所述的氯化钠溶液的浓度为0.68mol L-1；所述的过氧化氢和硫酸的混合溶液中H2O2的浓度为1mol L-1，H2SO4的浓度为0.5mol L-1；所述的Mg合金阳极为AZ31。
图5为Mg-H2O2半燃料电池放电性能曲线，图中1为以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池放电性能曲线，图中2为以对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池放电性能曲线。
从图5可知，以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池具有更高的开路电势，当放电电流密度为200mA cm-2时，以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池电势达1.56V，高于以对比实施例制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的电池0.4V。
图6为Mg-H2O2半燃料电池能量密度曲线，图中1为以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池能量密度曲线，图中2为以对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池能量密度曲线；
从图6可知，以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池具有更高的能量密度，以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的Mg-H2O2半燃料电池的最大能量密度达370mW cm-2，高于以对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极为阴极的电池130mWcm-2。可见，Ru的加入不仅降低了Pd的使用量，而且大大提升了Mg-H2O2半燃料电池的性能。
图7为复合阴极的Pd 3d的Xps图，图中1为实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的Pd 3d的Xps图，图中2为对比实施例一制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极的Pd 3d的Xps图。
从图7可知，在对比实施例制备的Pd/石墨烯/泡沫镍复合阴极的Pd 3d的Xps图中，出现在335.3eV和340.6eV的一对峰，对应的是金属态的Pd，出现在336eV和341.6eV的一对峰，对应的是氧化态的Pd，而出现在337.6eV和343.2eV的一对峰，对应的是未被还原的氯化钯；
而在实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的Pd 3d的Xps图中，Pd的3d峰均向左移0.2eV左右，说明Ru元素加入，影响了Pd的电子结构，使电子从Ru向Pd转移，弱化Pd对氧物种，比如OH-的吸附，使复合电极具有更多的活性位，用于电极反应。另外，通过比较两个复合电极xps图中阴影的面积，如表1可知，以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极中，金属态Pd含量更高，氯化钯含量更低，说明以实施例一制备的PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极能够提供更多Pd活性位和节约更多氯化钯原料液。
表1两复合电极表面金属态、氧化态和氯化钯所含比例
Figure BDA0003351787520000071

Claims (8)

1.一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，其特征在于一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极作为Mg-H2O2半燃料电池的阴极使用，该Mg-H2O2半燃料电池的最大能量密度达370mWcm-2，当放电电流密度为200mA cm-2时，该Mg-H2O2半燃料电池电势达1.56V；
所述的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法是按以下步骤完成的：
一、泡沫镍预处理：
将泡沫镍依次在丙酮、盐酸溶液中浸泡，然后洗涤，再干燥，得到预处理后的泡沫镍；
二、将氧化石墨烯和蒸馏水混合，再超声处理，得到氧化石墨烯分散液；
三、将预处理后的泡沫镍浸入到温度为30℃～80℃的氧化石墨烯分散液中3h～10h，自然冷却至室温，取出后使用蒸馏水洗涤3次～5次，再干燥，得到石墨烯/泡沫镍复合基底；
四、将氯化钯和氯化钌加入到去离子水中，然后搅拌，再超声，得到氯化钯/氯化钌混合溶液；
步骤四中所述的氯化钯/氯化钌混合溶液中氯化钯的浓度为10mmolL-1～50mmolL-1，氯化钌的浓度为10mmolL-1～50mmolL-1；
五、将石墨烯/泡沫镍复合基底浸入到温度为20℃～60℃的氯化钯/氯化钌混合溶液中1.5h～3h，自然冷却至室温，取出后再干燥，得到PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极。
2.根据权利要求1所述的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，其特征在于步骤一中所述的盐酸溶液的浓度为3mol L-1～6mol L-1。
3.根据权利要求1所述的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，其特征在于步骤一中将泡沫镍依次在丙酮、盐酸溶液中各浸泡10min，然后使用蒸馏水洗涤3次～5次，再在温度为60℃下干燥，得到预处理后的泡沫镍。
4.根据权利要求1所述的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，其特征在于步骤二中所述的石墨烯为使用Hummer改进方法合成的；步骤二中所述的氧化石墨烯的质量与蒸馏水的体积比为1mg:1mL；步骤二中所述的超声处理的功率为150W～300W，超声处理是时间为0.5h～1.5h。
5.根据权利要求1所述的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，其特征在于步骤三中所述的干燥的温度为60℃，干燥的时间为5h～7h。
6.根据权利要求1所述的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，其特征在于步骤四中所述的搅拌速度为800r/min～2000r/min，搅拌的时间为20min～40min；步骤四中所述的超声的功率为150W～300W，超声处理是时间为0.5h～1.5h。
7.根据权利要求1所述的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，其特征在于步骤五中所述的干燥的温度为60℃，干燥的时间为2h～6h。
8.根据权利要求1所述的一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法，其特征在于所述的Mg-H2O2半燃料电池的组装方法为：将Mg合金阳极和PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极分别装载在nafion膜两侧，组装成Mg-H2O2半燃料电池，阳极电解液为氯化钠溶液，阴极电解液为过氧化氢和硫酸的混合溶液；所述的氯化钠溶液的浓度为0.1mol L-1～0.8mol L-1；所述的过氧化氢和硫酸的混合溶液中H2O2的浓度为0.1mol L-1～2mol L-1，H2SO4的浓度为0.1molL-1～1mol L-1；所述的Mg合金阳极为AZ31、AZ61或AZ91镁合金。
CN202111339105.6A 2021-11-12 2021-11-12 一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用 Active CN114094122B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111339105.6A CN114094122B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111339105.6A CN114094122B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114094122A CN114094122A (zh) 2022-02-25
CN114094122B true CN114094122B (zh) 2022-12-27

Family

ID=80300222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111339105.6A Active CN114094122B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114094122B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904337A (zh) * 2014-03-04 2014-07-02 哈尔滨工程大学 纸-石墨-CoPd薄膜电极的制备方法
CN104549242A (zh) * 2014-12-22 2015-04-29 华中科技大学 一种纳米钯-石墨烯三维多孔复合电催化剂的制备方法
CN105810960A (zh) * 2016-06-03 2016-07-27 济南大学 一种以泡沫镍为基体的复合材料及其制备方法
CN113363510A (zh) * 2021-06-02 2021-09-07 中国科学技术大学 氢气氧化与还原双功能催化电极及制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105977502B (zh) * 2016-06-03 2019-04-09 济南大学 一种以泡沫镍为基体的三维石墨烯/银纳米粒子复合材料及其制备方法
CN107354336B (zh) * 2017-07-14 2019-02-05 东南大学 一种金-还原氧化石墨烯-泡沫镍复合材料的制备方法
CN113117671B (zh) * 2021-03-31 2022-08-19 四川大学 一种过氧化氢催化剂、制备方法及用途

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904337A (zh) * 2014-03-04 2014-07-02 哈尔滨工程大学 纸-石墨-CoPd薄膜电极的制备方法
CN104549242A (zh) * 2014-12-22 2015-04-29 华中科技大学 一种纳米钯-石墨烯三维多孔复合电催化剂的制备方法
CN105810960A (zh) * 2016-06-03 2016-07-27 济南大学 一种以泡沫镍为基体的复合材料及其制备方法
CN113363510A (zh) * 2021-06-02 2021-09-07 中国科学技术大学 氢气氧化与还原双功能催化电极及制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Pd-Ru/Ni(泡沫镍)作为Mg-H_2O_2半燃料电池阴极的研究;孙丽美等;《贵金属》;20111115;第32卷(第04期);第2-4页 *
泡沫镍负载石墨烯／钯复合电极催化Ｈ２Ｏ２ 电还原研究;孙丽美等;《化工新型材料》;20210228;第49卷(第2期);第150页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114094122A (zh) 2022-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113437317B (zh) 一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法
JP5055788B2 (ja) 電極触媒
CN108075139B (zh) 基于金属氧化物纳米带的有序化膜电极及其制备和应用
KR101691198B1 (ko) 니켈 폼 및 그래핀 에어로겔을 이용한 직접탄소 연료전지용 바인더-프리 촉매전극의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 촉매전극
JP2002289208A (ja) 燃料電池用電極触媒およびその製造方法
JP4276035B2 (ja) 固体高分子型燃料電池用電解質膜電極接合体および固体高分子型燃料電池
CN113437305A (zh) 一种2D-Co@NC复合材料及其制备方法和应用
CN113363510A (zh) 氢气氧化与还原双功能催化电极及制备方法
JP4574149B2 (ja) 固体高分子型燃料電池用電解質膜電極接合体および固体高分子型燃料電池
JP2008041498A (ja) 固体高分子形燃料電池用触媒担持体の製造方法および固体高分子形燃料電池
CN114094122B (zh) 一种PdRu/石墨烯/泡沫镍复合阴极的制备方法及应用
KR20060104821A (ko) 연료전지용 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는연료전지 시스템
CN112663084A (zh) 一种超快速绿色室温合成镍铁氧析出电催化剂及制备方法
JP2928586B2 (ja) 水素―空気燃料電池用高活性触媒粉末と高活性電極
Yan et al. Pt nanowire electrocatalysts for proton exchange membrane fuel cells
Chen et al. Progress and prospects of dealloying methods for energy-conversion electrocatalysis
JP2008047472A (ja) 電極触媒
Liu et al. Platinum catalysts supported on mixed-phase TiO2 coated by nitrogen-doped carbon derived from NH2-MIL-125 for methanol oxidation
CN115491699A (zh) 一种纳米铜基催化剂及其制备方法以及在二氧化碳和一氧化碳电催化还原中的应用
JP2005251455A (ja) 燃料電池用触媒およびその製造方法、電極、ならびに直接メタノール型燃料電池
JP2006012691A (ja) 電極触媒、およびその製造方法
Vu et al. Influence of Solvents on the Electroactivity of PtAl/RGO Catalyst Inks and Anode in Direct Ethanol Fuel Cell
JP2007250214A (ja) 電極触媒とその製造方法
JP7480906B1 (ja) 食塩電解用酸素還元電極とその製造方法
US20230175150A1 (en) Composite comprising platinum-alkaline earth metal alloy, fuel cell and water electrolyzer comprising the same and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant