论文部分内容阅读
H2O2基燃料电池具有电化学活性高、能量密度高、易储存运输及操作方便等众多优点,已被广泛应用在氧气稀薄的水下或太空等特殊环境。研究高活性、高稳定性的复合电极有利于提升H2O2基燃料电池的性能。本文以泡沫镍和碳纸为基体,分别合成了 Co-CoC/NF、Pd@SnO2/CP和Pd@rGO/CP复合电极,通过XRD、SEM、EDS、XPS对其物相和形貌结构进行表征。采用循环伏安法、线性伏安法及计时电流法研究了复合电极对H2O2电还原反应的催化性能。以Al或Mg合金为阳极,以所制备电极为阴极,组装测试了金属(Al或Mg)-H2O2半燃料电池的性能。结果表明如下:以泡沫镍为基底,采用高温退火法制备Co-CoC/NF复合电极,制备过程中,CoC在泡沫镍表面沉积的量随着硝酸钴溶液浓度的增加而加大。当浓度为0.25 mol/L时,CoC纳米粒子呈球状,串联成空心棒状结构,且均匀生长在泡沫镍基底表面,呈菊花状。在3 mol/LNaOH+0.5 mol/L H2O2混合溶液中,电压为E=-0.5 V时,还原电流密度达到423 mA/cm2。以Co-CoC/NF为阴极,Al合金为阳极,当温度为50℃,在电流密度为398.26 mA/cm2和电池电压1.36 V时,Al-H2O2半燃料电池最大功率密度达到360 mW/cm2,且50 h恒流放电过程中,电池电压稳定在1.4 V。以碳纸为基底,使用水热和化学还原法分别制备了 SnO2/CP和rGO/CP复合基底,通过恒电压法在其上电沉积Pd纳米粒子,合成了 Pd@SnO2/CP和Pd@rGO/CP复合电极。制备过程中,SnO2在碳纸表面负载量随静止时间的增加而减少。当静止时间为20 min时,SnO2纳米棒均匀生长到碳纸基底表面,直径约为45 nm,沉积的Pd纳米粒子呈球状,负载到了每个SnO2纳米棒之间。在0.5 mol/LH2O2+3 mol/LH2SO4电解液中,电压E=0V时,还原电流密度达到231.5 mA/cm2。以Pd@SnO2/CP为阴极,Mg合金为阳极,当温度为60℃时,在电流密度为248.03 mA/cm2和电池电压0.77 V时,Mg-H2O2半燃料电池最大功率密度达到192.39mW/cm2,且50h恒流放电过程中,电池电压稳定在2.0V以上。碳纸上rGO的负载量随着氧化石墨烯浓度增大而增加,当浓度为1.5 mg/mL时,rGO覆盖在碳纸表面,呈多褶皱形貌。在此rGO/CP基底电沉积Pd纳米粒子呈球状,大小均匀,平均粒径为9-13 nm。在0.5 mol/L H2O2+3 mol/L H2SO4电解液中,电压E=0V时,还原电流密度达到298.5 mA/cm2。以Pd@rGO/CP为阴极,Mg合金为阳极,当温度为65℃时,在电流密度为348.4 mA/cm2和电池电压0.61 V时,最大功率密度达到217.7 mW/cm2,且50h恒流放电过程中,电池电压稳定在2.10 V以上。