专利名称：一种含有钴的复合氧化物的燃料电池阴极材料的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及的是一种电池材料，具体地说是一种燃料电池的阴极材料。特别是一种以过氧化氢(HA)为氧化剂的碱性燃料电池的阴极材料。 背景技术：
HA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， HA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。HA是 强的氧化剂，可以提高电池的电压；HA是液体，携带方便，因此以HA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HA直接电还原存在两个主要的问题， 一是HA电还原活性不高，二是HA容易分解释放出氧气，这大大降低了电池的 性能。&02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(l)式所示；间接电还原由(2)和(3)式所示，即HA首先分解 为氧气，氧气再进一步电还原。H(V + H20 + 2e— 20H: + 0『 (1) 2H202 — 2H20 + 02 (2) 02 + 2H20 + 4e — ■ (3) 在燃料电池阴极的HA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。&02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HA直接电还原的催化剂。目前有关HA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HA的利用率。关于这方 面的报道主要有Yang W Q, Yang S H, Sun W， Sun G Q， Xin Q. Nanostructured silver 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 Carrol 1. Direct NaBH4/H202 fuel eel Is. Journal of Power Sources, 2007， 165:509-516。(三) 发明内容本发明的目的在于提供一种价格低廉，催化活性高，性能稳定的含有钴的复 合氧化物的燃料电池阴极材料。本发明的目的是这样实现的它是由导电混料、粘结剂、基体和HA直接电 还原的催化剂组成的电池阴极材料，所述的HA直接电还原的催化剂是钴的复合氧化物，该钴的复合氧化物为C0304或者符合通式MxC03.x04，通式中0<x《1,M=Ni、 Fe、 Mn。本发明还可以包括1、 所述的导电混料是炭粉、粘结剂是聚四氟乙烯、基体是泡沫镍。2、 炭粉与钴的复合氧化物的比例最佳为3: 7。本发明以钴的复合氧化物(如Co;s04或者MxCo3-x04,(Xx <l,M=Ni、 Fe、 Mn)作为HA电还原阴极材料，按(l)式直接还原成氢氧根，再和其它阳极(如 铝合金、硼氢化钠等)组成碱性燃料电池。本发明的实质是釆用金属-&02半燃料电池和硼氢化钠-&02燃料电池等的电 池结构，以钴的复合氧化物(如0)304或者MxCo3.x04, 0 < x《1, M= Ni、 Fe、 Mn)取代钯、金、银等贵金属催化剂，构成燃料电池的阴极。本发明的优点在于利用钴的复合氧化物(如Co304或者MxCo3-x04, 0 < x《1 ， M=Ni、 Fe、 Mn)作为HA直接电还原的催化剂，其价格低廉，催化活性高，性 能稳定。本发明适合于金属-HA半燃料电池、硼氢化物-&02燃料电池、阱-HA燃料 电池氢气-HA燃料电池。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述 实施例1利用Co3(U乍为H202直接电还原的催化剂、Vulcan-XC 72R炭粉为导电混料， 聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沬镍作为基体制备电池的阴极，炭与四氧化三钴的比 例为3:7;以3mol/L的K0H作为电解液，Naf in-115质子交换摸作为隔膜，铝镁 合金(LF6)作为电池的阳极；在25'C， 0. 75V电压下，过氧化氢浓度为1. 5 mol/L 时，电池的电流密度为254mA/cm2，对应功率密度为191mW/cm2。实施例2利用FeCoA作为HA直接电还原的催化剂、Vulcan-XC72R炭粉为导电混料， 聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沫镍作为基体制备电池的阴极，炭与FeCo204的比例为 3:7;以3mol/L的K0H作为电解液，Nafin-115质子交换摸作为隔膜，铝镁合金 (LF6)作为电池的阳极；过氧化氢浓度为l. 5 mol/L时，电池在25'C, 0. 75V电 压下的电流密度为245mA/cm2，对应功率密度为184mW/cm2。实施例3利用MnCo204作为HA直接电还原的催化剂、Vulcan-XC 72R炭导电混料，聚 四氟乙烯作为粘结剂、泡沬镍作为基体制备电池的阴极，炭与MnCoA的比例为 3:7;以3mol/L的K0H作为电解液，Nafin-115质子交换摸作为隔膜，铝镁合金 (LF6)作为电池的阳极；过氧化氢浓度为l. 5mol/L时，在25'C， 0. 75V电压下， 电池的电流密度为220mA/cm2，对应功率密度为165mW/cra2。实施例4利用NiCoA作为H202直接电还原的催化剂、Vulcan-XC72R炭粉粉导电混料， 聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沫镍作为基体制备电池的阴极，炭与NiCo204的比例为 3:7;以3mol/L的KOH作为电解液，Naf in-115质子交换摸作为隔膜，铝镁合金 (LF6)作为电池的阳极；过氧化氢浓度为l. 5mol/L时，在25'C, 0. 75V电压下， 电池的电流密度为264mA/cm2，对应功率密度为198mW/cm2。实施例5利用Ni。,A)2.504作为HA直接电还原的催化剂、Vulcan-XC 72R炭粉粉导电混 料，聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沫镍作为基体制备电池的阴极，炭与1^。.50)2.504 的比例为3:7;以3mol/L的K0H作为电解液，Naf in-115质子交换摸作为隔膜， 铝镁合金(LF6)作为电池的阳极；过氧化氢浓度为1.5mol/L时，在25'C， 0. 75V 电压下，电池的电流密度为259mA/cm2，对应功率密度为194mW/cm2。实施例6禾寸用C03(Vf乍为HA直接电还原的催化剂、Vulcan-XC72R炭粉作为导电混料、聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沬镍作为基体制备电池的阴极，炭与四氧化三钴的比 例为3:7。以泡沬镍上负载的纳米Pt为阳极，Nafin-115质子交换摸作为隔膜构置 燃料电池。以3mol/L的K0H为电解质溶液，lmol/L的硼氢化钠为燃料，1. 5raol/L的过氧化氢为阴极氧化剂，在25'C, 0. 75V电压下，电流密度为181mA/cm2，对应 功率密度为136mW/cm2。 实施例7利用FeCoA作为HA直接电还原的催化剂、Vulcan-XC 72R炭粉作为导电混 料、聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沬镍作为基体制备电池的阴极，炭与FeCoA的比 例为3:7。以泡沬镍上负载的纳米Pt为阳极，Nafin-115质子交换摸作为隔膜构置 燃料电池。以3mol/L的K0H为电解质溶液，常压氯气作为为燃料，1.5mol/L的过 氧化氢为阴极氧化剂，在25'C, 0. 75V电压下，电流密度为162mA/cm2,对应功率 密度为122mW/cm2。实施例8利用MnCo204作为HA直接电还原的催化剂、Vulcan-XC72R炭粉为导电混料， 聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沬镍作为基体制备电池的阴极，炭与MnCoA的比例为 3:7;以3mol/L的K0H作为电解液，Nafin-115质子交换摸作为隔膜，铝镁合金 (LF6)作为电池的阳极；在25'C， 0.75V电压下，过氧化氢浓度为1. 5mol/L时， 电池的电流密度为171 mA/cm2,对应功率密度为128mW/cm2。实施例9利用NiCoA作为HA直接电还原的催化剂、Vulcan-XC 72R炭粉作为导电混 料、聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沫镍作为基体制备电池的阴极，炭与NiCo^的比 例为3:7。以泡沬镍上负载的纳米Pt为阳极，Nafin-115质子交换摸作为隔膜构置 燃料电池。以3mol/L的K0H为电解质溶液，lmol/L的硼氢化钠为燃料，1. 5mol/L的 过氧化氢为阴极氧化剂，在25'C, 0.75V电压下，电流密度为189mA/cm2，对应功 率密度为142' mW/cm2。实施例10利用^。.5(:02.504作为^02直接电还原的催化剂、Vnlcan-XC 72R炭粉作为导电 混料、聚四氟乙烯作为粘结剂、泡沫镍作为基体制备电池的阴极，炭与Ni。,5C02.504 的比例为3:7。以泡沫镍上负载的纳米Pt为阳极，Nafin-115质子交换摸作为隔膜 构置燃料电池。以3mol/L的K0H为电解质溶液，lmol/L的硼氢化钠为燃料， 1.5mol/L的过氧化氢为阴极氧化剂，在25'C, 0.75V电压下，电流密度为 181mA/cm2,对应功率密度为136 mW/cm2。
权利要求
1、一种含有钴的复合氧化物的燃料电池阴极材料，它是由导电混料、粘结剂、基体和H2O2直接电还原的催化剂组成的电池阴极材料，其特征是所述的H2O2直接电还原的催化剂是钴的复合氧化物，该钴的复合氧化物为Co3O4或者符合通式MxCo3-xO4，通式中0＜x≤1，M＝Ni、Fe、Mn。
2、 根据权利要求1所述的一种含有钴的复合氧化物的燃料电池阴极材料， 其特征是所述的导电混料是炭粉、粘结剂是聚四氟乙烯、基体是泡沬镍。
3、 根据权利要求2所述的一种含有钴的复合氧化物的燃料电池阴极材料， 其特征是炭粉与钴的复合氧化物的比例最佳为3: 7。
全文摘要
本发明提供的是一种含有钴的复合氧化物的燃料电池阴极材料。它是由导电混料、粘结剂、基体和H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>直接电还原的催化剂组成的电池阴极材料，所述的H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>直接电还原的催化剂是钴的复合氧化物，该钴的复合氧化物为Co<sub>3</sub>O<sub>4</sub>或者符合通式M<sub>x</sub>Co<sub>3-x</sub>O<sub>4</sub>，通式中0＜x≤1，M＝Ni、Fe、Mn。本发明的优点在于利用钴的复合氧化物(如Co<sub>3</sub>O<sub>4</sub>或者M<sub>x</sub>Co<sub>3-x</sub>O<sub>4</sub>，0＜x≤1，M＝Ni、Fe、Mn)作为H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>直接电还原的催化剂，其价格低廉，催化活性高，性能稳定。
文档编号H01M8/02GK101227004SQ20081006394
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者晁军党, 曹殿学, 王贵领 申请人:哈尔滨工程大学