新型鎂空氣電池陰極催化劑的制備及催化性能研究.pdf

1、鎂空氣燃料電池具有材料豐富易得、質(zhì)能比高、環(huán)境無污染和操作安全簡單等特點，是被認為可廣泛應(yīng)用于電動汽車的一種新型綠色電源。在燃料電池的組成部分中，空氣電極對電池的性能有很大的影響，而催化劑的性能決定了空氣電極性能。所以開發(fā)高效的新型催化劑，成為了燃料電池的重要研究課題。
　　本文采用水熱法合成了不同載體（活性炭、多壁納米碳管）固載的MnO2納米棒。對催化劑的組成、結(jié)構(gòu)和微觀形貌進行表征。結(jié)果顯示MnO2為納米棒結(jié)構(gòu)，且與 MWCN

2、T具有多種結(jié)合方式。這些方式能夠增加活性位點，增強電子傳導(dǎo)和氧氣的傳遞，提高催化劑的活性。電化學測試表明，MnO2/MWCNTs的起始還原電位達到0.03Vvs.Hg/HgO（比 MnO2/C高50mV）。組裝的電池峰功率為70.47mWcm-2。證明MnO2/MWCNT催化劑的催化效果比MnO2/C的高。
　　通過熔融法制備聚苯并咪唑{聚[2,2’-(間苯基)-5,5’-聯(lián)苯并咪唑](mPBI)和聚2,5-苯并咪唑(ABPBI)

3、}作為中間體，結(jié)合金屬鹽（Fe、Co、FeCo混合），高溫熱解得到催化劑（Fe-mPBI、Fe-ABPBI、Co-ABPBI和FeCo-ABPBI）。對催化劑的組成、結(jié)構(gòu)和微觀形貌進行了表征，結(jié)果表明，催化劑均為片狀結(jié)構(gòu)。電化學測試得Fe-mPBI的還原電位0.03V，F(xiàn)eCo-ABPBI為0.035V。最佳制備工藝為mPBI:Fe=1:2、Fe:Co:ABPBI=1:1:2。測試了組裝的電池得到最大功率Fe-mPBI為67.6mWcm

4、-2，F(xiàn)eCo-ABPBI為71.52mWcm-2（6wt％的Pt/C為83.7mWcm-2）。實驗結(jié)果表明，熱解ABPBI制備的催化劑性能比熱解mPBI制備的催化劑性能高。同時FeCo-ABPBI催化劑由于具有雙金屬間的協(xié)同作用，其催化效果明顯提高。
　　催化劑中的孔結(jié)構(gòu)可以強化氧氣的傳遞，提高催化劑的性能。本文通過模板法用 ABPBI與鐵鹽、鈷鹽和鐵鹽鈷鹽混合形成的配合物熱解制備具有多孔三維結(jié)構(gòu)的催化劑3D-Fe-ABPBI、

5、3D-Co-ABPBI和3D-FeCo-ABPBI。對催化劑的組成、結(jié)構(gòu)、微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)進行表征。結(jié)果顯示，催化劑為片狀結(jié)構(gòu)，其孔為介孔。通過電化學測試得出最佳的制備工藝（ABPBI:MgO=1:1，F(xiàn)e:Co:ABPBI=1:2:5），其中最佳起始還原電位為0.06V。將催化劑組裝成鎂空電池并測試出最佳的峰功率為78.9mWcm-2。實驗證明，催化劑中雙金屬的起到了增加活性位點的作用和雙金屬之間的協(xié)同作用，其三維的孔結(jié)構(gòu)起到強化氧氣