含钴阳极在葡萄糖燃料电池中的性能研究及其3D打印制备

发布时间：2020-05-17 19:18

【摘要】：随着化石能源逐渐枯竭和燃烧化石能源所带来的环境问题日益严峻,迫切需要发展可再生能源。其中葡萄糖燃料电池作为一种绿色、经济、方便等优点集于一身的储能装置,逐渐成为了人们的研究热点。本文以对环境无害的非贵金属钴作为催化材料,结合电化学沉积法和辊压法得到一种电沉积钴活性炭阳极。在最优制备条件下得到的阳极在葡萄糖碱性燃料电池中的功率密度是空白活性炭泡沫镍阳极的1.24倍,有效提升了阳极对葡萄糖的催化氧化的效率。然后通过硼氢化钠还原法制备了镍钴双金属复合催化剂。阳极中掺杂镍钴摩尔比为2:1的复合催化剂时极性能最佳,其功率密度能够达到23.97 W·m~(-2),比电沉积钴活性炭阳极提高了27.70%。通过材料表征探讨镍钴催化剂在阳极中催化葡萄糖氧化的反应机理,发现复合催化剂为纳米级颗粒,其表面检测到羟基镍、氢氧化镍和氢氧化钴等成分。结合电化学测试结果,不同镍钴比的催化性能也有所不同,推测复合催化剂中镍钴之间存在一种协同效应。最后,将3D打印技术与燃料电池相结合,打印一体化燃料电池,将购买的3D打印导电线材打印在泡沫镍上,实现燃料电池阳极的快速制备。另外,我们自制能够经过3D打印得到的石墨烯“橡皮泥”(rGOP)电极,且在rGOP电极中添加镍钴复合催化剂在一定程度上能够提升阳极本身的催化性能。本文构建的燃料电池提升了阳极的催化效率,成本低廉,工艺简单,环境友好,为推动燃料电池的进一步发展提供了帮助,为3D打印技术在燃料电池中的应用提出了新的思路。
【图文】：

制造工序,减法,加法,制造技术

通过切割、打磨等手段去除多余的材料从而得到想要的模型；而图 1-1（B）所示的加法制造技术则利用计算机建立数据模型，采用材料叠加的方式逐层打印，相比于传统的减法制造技术节省了大部分的原材料，还具有速度快、成本较低、周期短、个性化定制、材料多样性、仿真性强等优点[84, 85]。

燃料电池,结构示意图

容易观察且耐腐蚀，因此满足作为碱性燃料电池容器的条件。如图 2-1 所示，内腔室、阳极板、阴极板、阴阳极连同密封圈和密封垫组成了整个燃料电池，内腔室顶部有 2 个直径为 1mm 的小孔用于放置镍丝，以连接阴阳极和外电路，，通过调整螺丝与螺母间的紧密程度来确保阴阳极和镍丝间的紧密接触。整个电池体积约为 40×50×50mm2，容积约为 14ml。整个电化学实验是在室温条件下和同一规格的容器内进行。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TM911.4

【参考文献】