實現(xiàn)可再生能源規(guī)模化增長和實質(zhì)性應用,不僅需要降低可再生能源本身成本,還需提高可再生能源的“可用性”,這也激發(fā)了可移動電化學能源轉(zhuǎn)化、儲存技術和裝置的不斷發(fā)展。近年來,伴隨氫能研究熱潮的再次興起,燃料電池成為眾多電化學能源轉(zhuǎn)化技術中備受關注的一類。除了廣泛研究的氫氣燃料電池,金屬（鋰、鋅、鎂）燃料電池和直接硼氫化鈉（水合肼、氨硼烷）燃料電池得益于燃料的相對便攜、易儲存的特點,也展現(xiàn)了不錯的研究價值和應用前景。本論文以金屬鋅空氣電池和直接硼氫化鈉燃料電池為潛在應用對象,以電催化氧還原反應（ORR）和硼氫化鈉氧化反應（BOR）為關鍵電化學反應,以開發(fā)低成本、高效能的ORR電催化劑和BOR電極材料為研究目的而開展。首先針對當前燃料電池普遍存在陰極氧還原反應動力學遲緩、依賴貴金屬以及氧氣擴散傳質(zhì)困難的問題,以廉價有機碳氮前驅(qū)體結合氯化鈉模板和非貴金屬鹽催化作用,利用冷凍干燥和高溫熱解獲得了非貴金屬-氮摻雜的蜂窩狀三維多孔碳ORR電催化材料（MN-HPC）。為進一步拓展空間利用率,提高活性和放電穩(wěn)定性,在蜂窩狀多孔碳（HPC）上原位負載了 CuZnMOF并通過高溫熱處理調(diào)控得到CuN摻雜HPC復... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１燃料電池的應用場景??Ｆｉｇｕｒｅｌ－１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｓｃｅｎｅｓ?ｏｆ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ??１??

所熟知［｜｜］，成熟的商業(yè)產(chǎn)品??在２０世紀３０年代就己開始出現(xiàn)［１２］。鋅空氣電池理論能量密度高達１０８６?Ｗｈ?ｋｇ－１??（含氧），實際可用能量密度位居眾多一次電池系統(tǒng)前列［１２］。目前一次鋅空氣電??池己經(jīng)廣泛地應用于醫(yī)療和電信領域。鋅空氣電池雖然以高能量密度而著稱，但??是由于可用的空氣還原催化劑效率低下，其功率輸出能力依然較低。此外，由于??鋅的溶解和沉積不均勻以及缺乏令人滿意的雙功能空氣催化劑，限制了可循環(huán)使??用的可充電鋅空氣電池的應用。??鋅空氣電池的裝置示意圖如圖１?－２所示，它是由負極鋅電極、正極空氣電極、??堿性電解液以及隔膜等幾部分組成【１３】。??．??Ｍａ?Ｚｎ（ＯＨ）４２－?＼??募?？??＊’?．??圖１－２鋅空氣電池示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?］?－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｚｉｎｃ－ａｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ??在電池放電時，鋅發(fā)生氧化反應產(chǎn)生可溶性鋅離子（即Ｚｎ（ＯＨ）４２〇，此反應??過程通常進行到鋅離子在電解質(zhì)中達到過飽和為止，然后鋅離子分解為不溶性氧??化鋅（ＺｎＯ）。同時，還有可能發(fā)生金屬鋅與水發(fā)生反應產(chǎn)生氫氣的副反應，導致??金屬鋅逐漸自腐蝕，降低活性物質(zhì)的利用率。在正極，空氣中的氧氣經(jīng)過擴散滲??透到達多孔氣體擴散電極（ＧＤＥ）中，在與電解質(zhì)緊密接觸的催化劑表面被還原。??在鋅空氣電池的空氣電極處發(fā)生的氧還原反應（ＯＲＲ）與堿性氫燃料電池中的??ＯＲＲ類似，主要產(chǎn)物為氫氧根離子。因此燃料電池與鋅空氣電池具有相類似的??電極和催化劑材料設計原理，許多性能優(yōu)良的燃料電池ＯＲＲ催化劑也有望成為??鋅空氣電池的候選材料［１４＿１５１。??３??

了?ＤＢＨＦＣｓ?的概念，１９９９?年?Ａｍｅｎｄｏｌａ［１９］等人報道了??一種直接硼氫化物－空氣燃料電池，該電池采用陰離子交換膜（ＡＥＭ）作為電解??質(zhì)，在７０?°Ｃ時的最大功率密度為６０?ｍＷｃｍ＿２，且在理論值為８電子反應中達??到了實際７電子反應，表現(xiàn)出非常高的燃料利用率。ＤＢＨＦＣｓ被認為是一種非??常具有前景的能源供應設備，特別是在便攜式能源設備領域。??根據(jù)氧化劑的不同，常見的ＤＢＨＦＣｓ可以分為ＮａＢＨ４－０２燃料電池和??ＮａＢＨ４—Ｈ２０２燃料電池，其工作原理如圖１－３所示［氣??Ａｎｏｄｅ?？?＋?Ｃａｔｈｏｄｅ??Ｆ?０２／Ａｉｒ／Ｈ２〇２?，，??＝５ｚ：?ＪＪ??ＮａＢＯａ＾ＨａＯ?ｊ?ＮａＯＨ?／??Ｍｍ?嘛??Ｍｅｍｂｒａｎｅ??Ｃａｔａｌｙｓｔ?ｌａｙｅｒｓ??Ｌ—?Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｌａｙｅｒｓ?Ｊ??Ｌ＿?Ｔｏｒａｙ?Ｐａｐｅｒｓ?－１??—?Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ????圖１－３直接硼氫化鈉燃料電池示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａ?ＤＢＨＦＣｓ??５??


本文編號：3007169