[发明专利]一种含有钴的复合氧化物的燃料电池阴极材料

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种电池材料，具体地说是一种燃料电池的阴极材料。特别是一种以过氧化氢(H₂O₂)为氧化剂的碱性燃料电池的阴极材料。

(二)背景技术

H₂O₂的电还原反应可以在酸性介质或碱性介质中进行。在碱性介质条件下，H₂O₂作为氧化剂广泛应用与金属半燃料电池、硼氢化钠燃料电池等领域。H₂O₂是强的氧化剂，可以提高电池的电压；H₂O₂是液体，携带方便，因此以H₂O₂作为阴极氧化剂的燃料电池，具有结构简单、不依赖空气环境的突出优点，可广泛用作水下以及太空等缺氧环境中的电源。但是H₂O₂直接电还原存在两个主要的问题，一是H₂O₂电还原活性不高，二是H₂O₂容易分解释放出氧气，这大大降低了电池的性能。H₂O₂电还原反应同常按两条途径进行，即直接电还原和间接电还原。直接电还原反应如(1)式所示；间接电还原由(2)和(3)式所示，即H₂O₂首先分解为氧气，氧气再进一步电还原。

HO₂^-+H₂O+2e→2OH_ads^-+OH^-               (1)

2H₂O₂→2H₂O+O₂                         (2)

O₂+2H₂O+4e→4OH^-                       (3)

在燃料电池阴极的H₂O₂电还原反应通常是直接和间接途径并存，但直接途径是理想途径。H₂O₂电还原速率直接影响到燃料电池的效率，因而迫切需要开发高效、廉价和能够催化H₂O₂直接电还原的催化剂。目前有关H₂O₂电还原催化剂的研究主要集中在贵金属如钯、铱、金、银及其合金上，贵金属催化剂不但价格昂贵，增加了电池的成本，而且还催化过氧化氢的分解，降低了H₂O₂的利用率。关于这方面的报道主要有：Yang W Q，Yang S H，Sun W，Sun G Q，Xin Q.Nanostructuredsilver catalyzed nickel foam cathode for an aluminum hydrogen peroxidefuel cell.Journal of Power Sources，2006，160：1420-1424，以及GeorgeH.M，Nie L，Joseph M，Rodney B，Glenn H，Lifeng G，Ethan B，Richard G，Prajakti J S.David Carroll.Direct NaBH₄/H₂O₂ fuel cells.Journal of PowerSources，2007，165：509-516。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种价格低廉，催化活性高，性能稳定的含有钴的复合氧化物的燃料电池阴极材料。

本发明的目的是这样实现的：它是由导电混料、粘结剂、基体和H₂O₂直接电还原的催化剂组成的电池阴极材料，所述的H₂O₂直接电还原的催化剂是钴的复合氧化物，该钴的复合氧化物为Co₃O₄或者符合通式M_xCo_3-xO₄，通式中0＜x≤1，M＝Ni、Fe、Mn。

本发明还可以包括

1、所述的导电混料是炭粉、粘结剂是聚四氟乙烯、基体是泡沫镍。