新型高效氧電極催化劑的研究與評價.pdf

1、燃料電池與金屬-空氣電池由于具有清潔、高效、可連續(xù)大功率放電的特殊性能而受到人們廣泛的關(guān)注。氧電極是燃料電池和金屬-空氣電池中的陰極，在控制電池性能方面有很重要的作用。對H2-O2燃料電池，即使在電流密度高達(dá)2A/c㎡，氫電極的過電位也不會超過50mV。而O2電極即使在小電流密度下，過電位也達(dá)300～400mV。同樣地，氧電極也是金屬-空氣電池中決定其性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。 用于氧電極的催化劑的研究一直是制約氧電極技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因

2、素。在尋求具有高效的催化性與低廉的成本的氧還原反應(yīng)（ORR）的催化劑的過程中，人們除開發(fā)出先進(jìn)的貴金屬及合金催化劑制造技術(shù)外，還開發(fā)了大量的用于ORR的過渡金屬復(fù)合氧化物，但是均不理想，如應(yīng)用較廣泛的幾種催化劑中，鉑雖然催化性能較好，但成本過高，而廉價的MnO2催化劑材料對氧還原雖有一定的催化活性，但多為微米級粉料，且性能也不十分好。 本課題采用了兩種新穎，簡易的制備方法--液相合成法和固相熱壓法制備了錳的復(fù)合氧化物催化劑來作為

3、氧電極催化劑，采用XRD對本課題所制備的催化劑材料進(jìn)行了晶型結(jié)構(gòu)表征，并通過開路電位-時間，線性伏安掃描、穩(wěn)態(tài)極化、循環(huán)伏安、交流阻抗等測試手段，研究了催化劑材料在酸性、堿性、中性以及微酸性電解質(zhì)溶液中的催化性能，并將其與國外現(xiàn)有研究成果進(jìn)行了比較，考察了催化劑材料的應(yīng)用前景。 結(jié)果表明兩種方法制得的催化劑材料的主要成分均為Mn3O4，分析其在不同的制備方法下可能含有其他的不同的錳的氧化物。其中，液相合成法制得的催化劑材料在酸性

4、電解質(zhì)溶液中具有較好的催化活性，初步表現(xiàn)出較高的研究價值；而固相熱壓法制得的催化劑材料在堿性電解質(zhì)溶液中具有非常好的催化活性，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有催化劑研究成果的催化活性；且固相熱壓法制得的催化劑材料在堿性介質(zhì)中的電催化活性要大于在其他介質(zhì)中的催化活性，表明該催化劑材料在堿性電解液和其他電解質(zhì)溶液中催化氧還原的機理是不同的。 總之，本課題所制得的催化劑材料表現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景，具有很高的研究價值，可從制備工藝的優(yōu)化和材料的摻雜改