[发明专利]一种无膜的直接硼氢化钠燃料电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种无离子交换膜的燃料电池，本发明还涉及一种无离子交换膜的直接硼氢化钠燃料电池的制造方法。

背景技术

燃料电池是公认的一种清洁、高效、安全的发电技术，具有广阔的发展前景。其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）的发展最为迅速，但是由于燃料的供给方式、成本、运输等关键性的问题一直没有得到很好的解决，PEMFC的商业化目前还不能实现。因此在PEMFC基础上发展起来的直接液体燃料电池（DLFC）最近得到了广泛的关注，得到了一定的发展，技术也是逐渐成熟。DLFC一般选择有机小分子作为燃料，包括甲醇、甲酸、乙醇等；也选择含氢量高的化合物作为燃料，如肼、硼氢化物。根据DLFC选择的燃料可以分为直接甲酸燃料电池（DFAFC）、直接肼燃料电池（DHFC）、直接醇类燃料电池（DAFC）和直接硼氢化钠燃料电池（DBFC）。

直接甲醇燃料电池（DMFC）在运行过程中，甲醇氧化的中间产物CO容易使催化剂中毒而使催化剂失去活性，电池的使用寿命缩短。虽然DFAFC中甲酸的氧化活性受到温度的负影响较小，但是甲酸的渗透不但降低了阴极催化剂的氧还原活性，也要求阴极催化剂具有很高的耐酸性。DHFC的肼渗透到阴极，此时在阴极同时发生肼的电化学氧化反应与氧还原反应，从而形成电化学短路使得DHFC的阴极电位向负方向移动，导致电池的电压下降，阴极的氧还原反应也受到影响，降低了燃料的利用率。

DBFC具有更高的比能量，燃料与产物都是无毒的，而且相比于其他燃料电池使用贵金属催化剂才具有很好的效果，DBFC使用非贵金属催化剂就能够取得满意的效果，因此DBFC受到了广泛的关注。

因为NaBH₄在酸性环境中不稳定，硼氢化钠燃料电池是在碱性介质条件下工作的。直接硼氢化钠燃料电池在碱性介质中的反应机理如下：

阳极反应：BH₄^-+8OH^- →BO₂^-+6H₂O +8e^-，E⁰=-1.24V vs SHE

阴极反应：2O₂+4H₂O+8e^-→8 OH^-，E⁰=0.4V vs SHE

总反应：2O₂+ BH₄^-→BO₂^-+ H₂O，E⁰=1.64V  vs SHE

直接硼氢化钠燃料电池以硼氢化钠为燃料，是一种不易燃、毒性低、不产生二氧化碳的理想燃料，电池的理论电压为1.64V，理论比能量达到9300 Wh/Kg NaBH₄。

在直接硼氢化钠燃料电池的催化剂选择上，Pt、Pd等贵金属虽然具有较高的催化活性，但是也容易发生BH₄^-的水解反应，在BH₄^-浓度高时更为严重。而Au催化剂可以发生接近8电子反应，但其反应活性低，对于燃料电池的推广不具备优势。有相关文献研究了Ag及Ag合金对硼氢化钠的电催化性能，对NaBH₄的氧化电位为-0.7～0.4V(vs Hg/HgO)，显示了较好的电催化活性。

发明内容，

本发明的目的是提供一种无膜的直接硼氢化钠燃料电池及其制造方法。

为达到上述目的，本发明的实施方案为：一种无膜的直接硼氢化钠燃料电池的制造方法， 包括步骤：

（1）将10～80 mg Ni(NO₃)₂·6H₂O和50～120 mg AgNO₃溶于25ml纯水中，随后加入125～420 mg的乙二胺四乙酸EDTA，搅拌反应10 min形成络合物，然后再加入70～120 mg多壁碳纳米管MWCNT，混合超声15 min ；在磁力搅拌下，缓慢滴入5～15 mL质量百分比50%的NaBH₄溶液，保持反应温度50 ℃，并且在不断搅拌下反应1 h；反应完全后用纯水洗涤，于真空干燥箱内保持40 ℃干燥，得到MWCNT负载的AgNi纳米催化剂颗粒AgNi-EDTA/MWCNT；