[发明专利]含有Fe–N/C的H2O2基燃料电池阴极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃料电池阴极材料的制备方法。具体地说是一种以过氧化氢(H₂O₂)为氧化剂的碱性燃料电池领域的一种含有Fe-N/C的燃料电池阴极材料的制备方法。 

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。可参阅Yang W Q，Yang S H，Sun W，Sun G Q，Xin Q.Nanostructuredsilver catalyzed nickel foam cathode for an aluminum-hydrogen peroxide fuel cell.Journal of Power Sources，2006，160：1420-1424，以及George H.M，Nie L，Joseph M，Rodney B，Glenn H，Lifeng G，Ethan B，Richard G，Prajakti J S.David Carroll.DirectNaBH₄/H₂O₂fuel cells.Journal of Power Sources，2007，165：509-516。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种原料储量极其丰富易得，价格低廉，而且催化性能稳定的含 有Fe-N/C的H₂O₂基燃料电池阴极材料的制备方法。 

本发明的目的是这样实现的： 

将三氯化铁与硝基苯胺以1∶4的摩尔比混均，然后按Fe与C的质量比为0.1-0.3％加入活性炭混均；将混合物在氮气保护氛围中在150-170℃加热，至硝基苯胺融化；将温度升高到200℃，恒温至无气体逸出，再将温度升至300℃恒温聚合0.5-1h，冷却至室温；在氮气保护下升温至800-1000℃，以3∶1的比例通入氮气与氨气的混合气恒温热解0.5-1.0h，得到Fe-N/C燃料电池阴极材料。