pd基二元合金比与其电催化还原H2O2性能关系的研究(3)
1.3.1 DBHFC的工作原理
被广泛用作还原剂的碱金属硼氢化物(MBH4) ，其是一种含氢负离子H-的类甲烷四面体阴离子化合物，其作为DBFC 所用的还原剂的同时还是一种理想的储氢材料，元素氢的含量占NaBH4总含量的10.6% ( 质量百分比)。以NaBH4为燃料组成DBFC 的理论比容量和比能量密度分别为5.678Ah/g 和9.296Wh/g，比甲醇的5.03Ah/g 和6.081Wh/g高很多。DBFC 的阳极氧化反应为:
BH4-+ 8OH- = BO2- + 6H2O + 8e (1)
若用酸性溶液中H2O2作为氧化剂，阴极反应为:
4H2O2 + 8H+ + 8e = 8H2O (2)
总反应为:
BH4- + 4H2O2 = BO2- + 6H2O (3)
若用碱性溶液中H2O2作为氧化剂，阴极反应为:
4H2O2 + 8e- = 8OH- (4)
总反应为：
BH4- + 4H2O2 = BO2- + 6H2O (5)
高于氢燃料电池的1.229V 和DMFC的1.214V，DBFC的理论开路电压可高达3.02V，同时也高于以O2作为氧化剂的DBFC的1.64V，因此有利于提高输出功率。鉴于以上优点，DBFC有望在空间电源、水下电源和高能量高功率密度的便携式电源得到应用[11-13]，值得进一步深入研究[14]。
1.3.2 DBHFC的研究现状
在20世纪50年代至60年代，利用硼氢化碱溶液作为燃料电池的燃料被首次提出，在1962年出现了硼氢化钠燃料电池的概念。早期，人们主要致力于对硼氢化物在阳极氧化反应机理的研究，1985年，Kaufman等通过使NaBH4水解制取氢气，并以此为燃料驱动氢氧燃料电池。而后verma等分别以CH3OH、CH3CH2OH和NaBH4三种溶液作为电池燃料，电池性能测试发现，以NaBH4为燃料时电池性能表现最好。1999年Amendola等报道了以Au为阳极催化剂的NaBH4空气燃料电池样机。美国、日本以及我国多所学校和科研机构在此后都对DBFC进行了大量研究。其中催化剂对于电池反应有着重要影响，于是人们进行了大量对于阳极以及阴极催化剂的研究。阳极催化剂的组成和结构对DBHFC的性能有重要的影响，目前，对DBHFC 阳极催化材料的研究主要集中在如下方面:(1)贵金属催化剂，主要有Pd、Pt、Au、Ag等;(2)非贵金属催化剂，主要有AB5型和AB2型储氢合金等;(3)载体对阳极催化剂性能的影响。不同的载体对催化剂的催化效果有着不同的影响，例如碳粉负载与碳纳米管负载效果就不同。此外，阴极催化剂的组成对DBHFC的性能同样有较大影响，不同的催化剂的组成会使催化剂有不同的结构，不同的结构会使催化剂有不同的催化效果。到目前为止，MnO2催化剂、贵金属催化剂以及金属有机螯合物催化剂是DBHFC采用的主要的阴极催化剂，当然也有一些其它类型的催化剂被使用，如酶催化剂，非贵金属氧化物催化剂，普鲁士蓝等。DBHFC成为近几年来研究的热点，虽然已经在短短的几年时间里取得了很大的进步，但是依然存在许多问题，例如现在的DBHFC成本相对的较高，因为其离子交换膜大多用的是Nation膜，催化剂一般为贵金属催化剂，所以DBHFC的市场化的关键的因素就是怎样降低DBHFC的生产的成本。高效环保的DBHFC可以有效地应对能源短缺以及一些环境污染问题，所以其仍然有广阔的市场空间以及良好的发展前景。
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