探究碱性肼燃料电池的研究

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1、浙江人学坝I‘学位论文摘篮摘要直接肼燃料电池(directhydrazinefuelcell，DHFC)具有燃料易运输与储存、重量轻、体积小、能量效率高等优点，并且反应产物为N2和H20，因而系统设计简单、环保，是具有广阔应用前景的燃料电池，尤其适用于便携式电源。由于胼(N2Ha)在离子交换膜中的渗透降低DHFC发电性能，是目前限制DHFC发展的重要因素。围绕这个问题，本论文以探索肼电化学反应机理，以降低肼的渗透为主要目的，分别从电池的燃料、离子交换膜和催化剂三个不同方面对肼的渗透进行了研究。本论文在水合肼溶液中加入不同浓度的NaOH，调整燃料

2、的成分，通过对不同电流密度下电化学反应产生气体的测定，探讨了碱性DHFC的阳极电化学反应机理。并通过对碱性DHFC开路电压、极化曲线和发电性能的测试，发现在水和肼中加入碱可大大提高DHFC的性能，并在此基础上，研究了燃料粘度对DHFC性能的影响，发现燃料粘度增大会降低离子的传导性，从而使电池的性能降低。本研究对比了阳离子交换膜和阴离子交换膜对于碱性DHFC的发电性能的影响。结果表明由于阴离子交换膜可限制N2H5+和Na+的渗透，使用阴离子交换膜的DHFC性能要比使用阳离子交换膜的DHFC性能要高。常温的功率密度达到了88mW／cm2。对于阳极催

3、化剂，本论文分别测试了不同放电电流密度下，肼溶液在Ni，Pd／C和表面处理后的Zr-Ni合金的产生气体的速率，探讨了肼在不同阳极催化剂上电化学反应机理。在阳极催化剂上，肼在Ni，Pd／C和表面处理后的Zr-Ni合金上发生的电化学反应都为4电子反应，而且Pd的催化活性和电池性能较高。对于阴极催化剂，本论文进行了用CoCl2来改进Pt／C电极极化性能的尝试，期望可以提高阴极催化剂的极化性能来提高电池性能。结果表明，采用CoCl2和Pt／C混合催化剂，可使碱性DHFC的发电性能得到很大的提高。本论文的实验研究成果为解决DHFC中肼的渗透并提高DHFC

4、的性能提供了新的可行的方案，在DHFC中有良好的应用前景。浙江人学坝Ij学位论文摘要关键词：直接肼燃料电池；碱性肼溶液；阳离子交换膜；阴离子交换膜；催化剂；发电性能。浙江人学坝lj学位论文ABSTRACTABSTRACTItisconsideredthatthedirecthydrazinefuelcell(DHFC)isapotentialcandidateformobileandportableapplicationsduetoeasinessoffueltransportandfuelstorage，highenergydensityan

5、dhighenergyconversionefficiency．ItisnoharmtoenvironmentbecauseonlyN2andH20areproducedafterhydrazineiselectro—oxidized．ThehydrazineCROSS—overisanimportantfactorthatlimitsthedevelopmentofDHFCbecausehydrazinecross—overreducestheperformanceofDHFC．Aimingtosuppressthehydrazinecros

6、s·overduringoperation，thisthesishasstudiedtheeffectsoffuelcompositionmodification，electrolyteselectionandappliedcatalystsontheDHFCperformancebasedontheresearchresultsonelectrochemicalreactionmechanismofhydrazine．Themainresultsaredescribedasfollows：ItwasfoundthatNaOHadditioni

7、ntheanolyteeffectivelyimprovedtheopencircuitvoltageandtheperformanceoftheDHFC．ThecellperformancewasmainlyinfluencedbyanodepolarizationwhenusingalkalineN2H4solutionswithlowNaOHconcentrations．However,whenusingalkalineN2H4solutionswithhighNaOHconcentrationsasthefuel，thecellperf

8、ormancewasmainlyinfluencedbycathodepolarization．Theincreaseoftheanolytevisc