改性AB 5 型储氢合金作为直接硼氢化物燃料电池阳极催化剂的研究
发布时间：2021-11-20 23:47
直接硼氢化物燃料电池（DBFC）是一种碱性燃料电池,它能将存储在电池中的化学能直接转化成电能。该类电池因理论电压高、能量密度大,转换效率高且环保无污染而备受关注。DBFC的性能直接受其阳极催化剂的控制。然而,由于阳极催化剂容易发生水解而导致电池转换效率降低。此外,以往多采用贵金属单质或合金作为阳极催化剂,成本也极大的限制其广泛应用。因此寻求廉价、高催化性能的阳极催化剂成为目前急需解决的问题。储氢合金因具有独特的储氢功能,可以将氢存储,还能在一定条件下将氢释放。储氢合金作为DBFC阳极催化剂,摒弃了以往阳极催化剂成本高、易水解两个致命的缺点,因而受到极大的关注。本文立足于性能稳定的AB5型储氢合金,研究了改性AB5型合金的结构、电化学性能和作为DBFC阳极催化剂的催化性能,并分析了结构、电化学性能和催化性能三者之间的关系,得到了一些有意义的结果:首先,在球磨时间对AB5型储氢合金的结构、电化学性能以及作为DBFC阳极催化剂的催化性能影响的研究中发现,球磨没有改变合金的相组成,但改变了合金的相结构。所有球磨态AB5型合金均由单一的CaCu5型LaNi5相组成。随着球磨时间的延长,合金非晶化...
【文章来源】：内蒙古师范大学内蒙古自治区
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-DBFC的工作原理简易图
第一章绪论5从而提高燃料的利用率。通过分析的氧化过程（见图1-3），我们可以简单的获得储氢合金作为DBFC阳极催化剂的反应机理。氧化过程中，中氢由负一价氧化到正一价，分两个过程：首先，的B-H键断裂，负一价的氢被氧化到零价生成表面吸附的氢原子Hads（过程1），然后表面吸附氢原子Hads继续被氧化到正一价（过程2），即直接氧化过程，对应于反应方程(1-1)。其次，表面吸附的氢原子Hads也不可避免的要结合成H2逸出（过程3），此即BH4-氧化过程的副反应（水解反应），对应于反应方程(1-4)。可见，性能优良的阳极催化剂需要同时具备对过程1和2的高催化活性，同时对副反应（过程3）有很强的抑制作用。一般贵金属催化剂对过程1-3都有很好的催化活性，导致其副反应难以消除。图1-3-氧化过程示意图Fig.1-3-Schematicdiagramofoxidationprocessof对储氢合金而言，由于储氢合金对表面吸附的氢原子Hads有很强的结合力（过程4，可将氢吸收储存到储氢合金的晶格中，即实现储氢功能）。通过过程4与过程3发生竞争，从而抑制副反应的发生。吸收储存到储氢合金晶格中的氢，可以通过过程5和过程6再次被氧化，使释放出的电子数增加，从而提高燃料的利用率，对应于以下反应方程：MHx+xOH-=M+xH2O+xe-(1-6)可见，储氢合金可以很好地抑制DBFC阳极反应的副反应，并将吸收储存到储氢合金晶格中的氢再次氧化，从而提高燃料利用率。但是，储氢合金能否顺
内蒙古师范大学硕士学位论文6利抑制水解、再次发生氧化等过程与储氢合金的储氢特性密切相关。1.3.3储氢合金作为DBFC的阳极催化剂目前，世界上已经有多种储氢合金，按照A、B元素质量配比的不同可以将储氢合金分为AB5型稀土系、AB2型钛锆系、AB型钛铁系、A2B系镁系以及新开发的介于AB2和AB5型之间的稀土-镁-镍（R-Mg-Ni）系储氢合金等。在现有催化剂类型中，AB5型稀土系和AB2型钛锆系两种储氢合金经常被用作DBFC阳极催化剂。另外，也有少有人运用A2B型储氢合金作为DBFC阳极催化剂。1.3.4AB5型稀土系储氢合金LaNi5合金是AB5型储氢合金的代表，其晶体结构属于CaCu5型六方结构(如图1-4)。储氢合金AB5型储氢合金的气态吸氢量可达1.3%，理论容量上约为348mAh/g。在AB5型合金中，A侧元素可以由单一稀土元素组成，也可以由两种或两种以上的混合稀土元素配置而成，而B侧（用Co、Mn、Al等替代Ni）元素通过成分优化形成的多元合金。AB5型稀土系储氢合金因其具有原料丰富、价格低廉、容易活化、制备简单、良好的放电性能、电催化性能等一系列优点而备受广大研究者喜爱，作为镍氢电池的负极材料已经被商业化[42-44]。图1-4-CaCu5型六方晶体结构示意图Fig.1-4-SchematicdiagramofCaCu5-typehexagonalcrystalstructure研究者们因为AB5型储氢合金优良的储氢性能，故采用此类储氢合金作为
本文编号：3508327
【文章来源】：内蒙古师范大学内蒙古自治区
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
-DBFC的工作原理简易图
第一章绪论5从而提高燃料的利用率。通过分析的氧化过程（见图1-3），我们可以简单的获得储氢合金作为DBFC阳极催化剂的反应机理。氧化过程中，中氢由负一价氧化到正一价，分两个过程：首先，的B-H键断裂，负一价的氢被氧化到零价生成表面吸附的氢原子Hads（过程1），然后表面吸附氢原子Hads继续被氧化到正一价（过程2），即直接氧化过程，对应于反应方程(1-1)。其次，表面吸附的氢原子Hads也不可避免的要结合成H2逸出（过程3），此即BH4-氧化过程的副反应（水解反应），对应于反应方程(1-4)。可见，性能优良的阳极催化剂需要同时具备对过程1和2的高催化活性，同时对副反应（过程3）有很强的抑制作用。一般贵金属催化剂对过程1-3都有很好的催化活性，导致其副反应难以消除。图1-3-氧化过程示意图Fig.1-3-Schematicdiagramofoxidationprocessof对储氢合金而言，由于储氢合金对表面吸附的氢原子Hads有很强的结合力（过程4，可将氢吸收储存到储氢合金的晶格中，即实现储氢功能）。通过过程4与过程3发生竞争，从而抑制副反应的发生。吸收储存到储氢合金晶格中的氢，可以通过过程5和过程6再次被氧化，使释放出的电子数增加，从而提高燃料的利用率，对应于以下反应方程：MHx+xOH-=M+xH2O+xe-(1-6)可见，储氢合金可以很好地抑制DBFC阳极反应的副反应，并将吸收储存到储氢合金晶格中的氢再次氧化，从而提高燃料利用率。但是，储氢合金能否顺
内蒙古师范大学硕士学位论文6利抑制水解、再次发生氧化等过程与储氢合金的储氢特性密切相关。1.3.3储氢合金作为DBFC的阳极催化剂目前，世界上已经有多种储氢合金，按照A、B元素质量配比的不同可以将储氢合金分为AB5型稀土系、AB2型钛锆系、AB型钛铁系、A2B系镁系以及新开发的介于AB2和AB5型之间的稀土-镁-镍（R-Mg-Ni）系储氢合金等。在现有催化剂类型中，AB5型稀土系和AB2型钛锆系两种储氢合金经常被用作DBFC阳极催化剂。另外，也有少有人运用A2B型储氢合金作为DBFC阳极催化剂。1.3.4AB5型稀土系储氢合金LaNi5合金是AB5型储氢合金的代表，其晶体结构属于CaCu5型六方结构(如图1-4)。储氢合金AB5型储氢合金的气态吸氢量可达1.3%，理论容量上约为348mAh/g。在AB5型合金中，A侧元素可以由单一稀土元素组成，也可以由两种或两种以上的混合稀土元素配置而成，而B侧（用Co、Mn、Al等替代Ni）元素通过成分优化形成的多元合金。AB5型稀土系储氢合金因其具有原料丰富、价格低廉、容易活化、制备简单、良好的放电性能、电催化性能等一系列优点而备受广大研究者喜爱，作为镍氢电池的负极材料已经被商业化[42-44]。图1-4-CaCu5型六方晶体结构示意图Fig.1-4-SchematicdiagramofCaCu5-typehexagonalcrystalstructure研究者们因为AB5型储氢合金优良的储氢性能，故采用此类储氢合金作为
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