简析化学电源系统用高选择性电催化剂网

摘要：传统的燃料电池由于有两个气室,结构复杂,并且对密封性要求较高。而单室燃料电池不需要抗穿透性隔膜,这就大大简化了燃料电池的结构,并降低了密封费用。如果采取液体作为电解质和燃料,不仅可以消除爆炸等安全性不足还可以增大传质速率和燃料利用率。近年来单室燃料电池的探讨也转移到液体上来,由单室燃料电池的反应原理可知：单室燃料电池的关键在于电极的高选择性催化活性的实现,以保证电催化剂只催化还原或只催化氧化反应以而产生电能并保证燃料的高利用率。针对于此,本论文对La203等4种稀土金属氧化物、Ag等4种铂系金属以及采取共沉淀法合成的Pt-Pd/C和Pt-Ni/C作为以H202为电解质的催化电极的可行性进行了探讨,分别采取XRD、SEM等物理表征策略以及电化学直接表征策略对以上催化剂的综合催化性能进行了探讨,并将其用于VOSO4液流电池系统,验证其催化选择性,主要实验结果如下：(1)稀土金属氧化物、碳化钨(WC)在H202溶液中不具有选择催化性。而铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、镍(Ni)则出现了不同程度的选择催化性。以可逆性角度而言,作为同一“燃料”单室电池的催化电极,Pt优于Pd、Ag和Ni。而以组成的单电池性能来说,Pd-Pt Ni-Ag Pt-Ag,单电池的最高开路电压达到0.098V。通过球磨法简单混合一元催化剂制成的混合催化剂,由于其各组分之间氧化和还原反应可能相互抵消或者催化剂的活性差别大,混合催化剂只体现出一种催化剂的性能,由此对于提升催化剂的催化选择性贡献不大。(2)采取溶液共沉积法成功合成出颗粒大小分布均匀,颗粒粒径为几个纳米Pt-Pd/C催化剂和Pt-Ni/C催化剂。Pt-Pd/C和Pt-Ni/C复合催化剂具有很好的单向催化选择性。组成单电池后,实现的功率密度比铂系贵金属催化剂提升了3-4个数量级。(3) Ag、Ni、Pd、Pt、Pt-Ni/C和Pt-Pd/C都可以催化VOSO4的氧化和还原。但是,它们对于VOSO4的催化反应是可逆的。由此,Ag、Ni、Pd、Pt、Pt-Ni/C和Pt-Pd/C不能作为以VOSO4为电解质的无膜单室电池的催化电极。以而说明了探讨单一燃料的单室电池时,H202是电解质的很好的选择,为以后单室燃料电池的探讨提供了很好的依据。关键词：单室燃料电池论文H_2O_2电解质论文选择性催化论文铂系金属催化剂论文Pt-Pd/C和Pt-Ni/C催化剂论文

摘要4-5

Abstract5-9

第1章 引言9-20

1.1 常用电池系统9-12

1.1.1 锌锰电池系统9-10

1.1.2 镉镍电池系统10

1.1.3 铅酸电池系统10-11

1.1.4 锂电池系统11-12

1.1.5 燃料电池系统12

1.2 燃料电池12-16

1.2.1 燃料电池概述12-13

1.2.2 燃料电池分类13-15

1.2.3 燃料电池的组成15-16

1.3 单室燃料电池16-17

1.3.1 单室燃料电池的出现16

1.3.2 单室固体氧化物燃料电池(SC-SOFC)工作原理16

1.3.3 单室固体氧化物燃料电池(SC-SOFC)的探讨情况16-17

1.4 本论文选题目的与探讨内容17-20

第2章 稀土金属氧化物及常用贵金属作为催化剂的性能探讨20-30

2.1 实验部分20-24

2.1.1 试剂与仪器20-22

2.1.2 工作电极的制备22

2.1.3 盐桥的制备22

2.1.4 扫描电子显微镜(SEM)表征22-23

2.1.5 电化学循环伏安曲线(CV)测试23

2.1.6 简单模拟电池测试(Ⅰ～Ⅴ测试)23-24

2.2 实验结果与讨论24-29

2.2.1 SEM表征24-25

2.2.2 CV测试25-28

2.2.3 简单模拟电池测试28-29

2.3 本章小结29-30

第3章 简单混合系统及合金作为催化剂的性能探讨30-41

3.1 实验部分31-34

3.1.1 试剂与仪器31

3.1.2 混合电极制备31-32

3.1.3 Pt-Ni/C催化剂的合成32

3.1.4 Pt-Pd/C催化剂的合成32-33

3.1.5 盐桥的制备33

3.1.6 物理性能表征33

3.1.7 电化学性能测试33-34

3.2 实验结果与讨论34-39

3.2.1 XRD浅析34-36

3.2.2 SEM表征36

3.2.3 循环伏安测试(CV)36-38

3.2.4 简单电池性能测试38-39

3.3 本章小结39-41

第4章 催化剂对硫酸氧钒电解质的选择催化性探讨41-47

4.1 实验部分42-44

4.1.1 试剂与仪器42

4.1.2 工作电极的制备42-43

4.1.3 盐桥的制备43

4.1.4 循环伏安曲线(CV)测试43-44

4.2 实验结果与讨论44-46

4.3 本章小结46-47

第5章 主要结论及展望47-48

致谢48-49