浅谈直接乙醇燃料电池

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1、浅谈直接乙醇燃料电池催化剂对直接乙醇燃料电池的性能研究摘耍：本文介绍了直接乙醇燃料电池（DEFC）具有无毒，来源丰富的优点，分析了DEFC在Pt上的电催化氧化机理，讨论了DEFC的阳极电催化剂的重要作用；探讨了具有高电催化活性的新型Pt基催化剂、新型非贵金属催化荆、新型催化剂载体、新型的催化荆制备方法等的研究现状；指明了阳极催化剂将是今后DEFC研究和发展的重要方向之一。关键词：乙醇燃料电池、电催化剂、乙醇电催化氧化、直接乙醇燃料电池UU口直接醇类燃料电池（DAFC）由于具有结构简单，理论比能量密度高,燃料便于携带与储存和环境友好等优点，在可移动电源方面具有广

2、阔地应用前景。乙醇的比能量密度高，且无毒，来源丰富，可以通过含糖有机物的发酵进行大规模生产，是一种可再生的环境友好的燃料。因此，乙醇对直接燃料电池的研究不仅有理论上的意义，而且一旦研制成功，实际应用潜力十分广阔。直接乙醇燃料电池（DEFC）的电极反应如下：CH3CH2OH+3H20一2CO2+12H++12e・3O2+12H++12e-—6H2O,CH3CH2OH+302—2C02+3H2O,乙醇在电催化剂的作用下发生电化学氧化反应过程较复杂，涉及到多种化学吸附态、碳碳键的断裂以及多种屮间产物。在质子交换膜这样的强酸环境中，只有贵金属Pt才能稳定存在，它的催化

3、活性较高。乙醇在Pt电极上的电催化氧化反应，由于一些强吸附中间物质如CO使得Pt很快中毒，包括线式吸附和桥式吸附的co以及中间产物乙醛、乙酸和其他一些副产物都被电化学调制红外反射谱(EMIRS)所检测到。然而一些研究结果表明，CO中毒问题在负载型Pt催化剂表面上与其在光滑Pt电极上相比显得不太明显。问题的关键在于减少或避免反应中间产物的形成和吸附,或者使其在较低的电位下氧化。为达到此目的，只有对电极加以修饰来改变电极表面的氧化和吸附物种的动力学行为。化反应机理与电极催化剂材料有密切关系，电极催化剂对于吸附的中间物种和产物牛成，避免燃料电池运行过程中的毒害物种的

4、生成至关系要。为改进纯钳完会氧化困难及降低其价格，寻找高催化性能的阳极催化剂是一项重要的研究课题。因此，高效电催化剂成为乙醇直接燃料电池的关键。主题钳合金可以降低催化剂冈表面吸附CO而中毒，改善钳催化剂的性能。可以从电催化剂载体出发，提高阳极催化的活性。加入的第二种或第三种金属在酸性条件下应稳定而又有足够的氧化性，以增加吸附0H物种的浓度，直接参与CO的电化学氧化，从而防止电催化剂的中毒。因此，可以将电催化剂分为3类：二元合金电催化剂；多元合金电催化荆；钳与金属氧化物复合催化剂。并从以下3个方面进行分析：制备方法对电催化剂的影响；非钳类电催化剂；载体对阳极催化

5、剂的影响。1、二元合金电催化剂目前应用于乙醇电氧化的电催化剂主要有Pt-sn/C、Pt-Ru/C、Pt—w/c、Pt・Pd/C等。由于吸附态中间产物CO的存在，Pt必然迅速失活，所以必须添加一定的其他元素与Pt形成金属问的协同作用来改变电极表面的电催化动力学过程。最佳的Sn组成为10%〜20%(摩尔比)，可减少吸附CO的毒化作用，使电催化活性增加。关于Pt-Ru/C电催化剂，Ru的加入减少了Pt的用量，在控制燃料电池成本方面起到了一定的作用，而且提高r催化剂的催化活性。Ru的加入有效解决了Pt对反应屮间产物C()屮毒的问题，提高了催化是由于Ru容易吸附含氧物或

6、是富氧基团，而且Ru具有未充满的d轨道，与Pt共享可以提高Pt吸附含氧物的能力，有利于氧化反应的发生，这就是双重作用机理。2、多元金属电催化剂研究表明，按一定比例的Cu-Ni合金二元钳电极催化剂和Pt-Sn/C阳极电催化剂能显著提高催化活性。而且，Pt-Ru-Ni/C电催化剂的催化活性和抗CO毒化能力优于Pt-Ru/Co研究结论认为Pt：Sn：Ni摩尔比为50：40：10的Pt-SmNi/C电催化剂显示出优于Pt-Sn/c电催化剂的性能。可以看岀，多元催化剂即可以降低贵金属用量，还可以提高乙醇燃料电池的性能。3、钳与金属氧化物复合催化剂在活性组分Pt-Sn中，

7、Sn的存在形式有合金态和氧化态。氧化态的Sn与Pt紧密接触，不影响Pt的晶格参数，同时可提供富氧基团，有利于类CO物种从Pt表面脱除。该催化剂在乙醇电氧化过程屮具有很好的稳定性和较高的电催化活性。然而当SnQ含量增加时，催化剂的导电率降低，所以应该控制合适的SnCh加入量，获得具有最佳催化活性的电催化剂。4、非钳电催化剂考虑到钳基催化剂成本太高等原因，人们开始将目光转向非钳电催化剂。Pd与Au在地球t：有较高的含蹙，价格也相对低廉。以碳化处理后的Ti02为载体制备的Pd/Ti02催化剂在碱性介质中对乙醇氧化的催化性能远远好于Pd/C催化剂。这为导电性较差甚至不

8、导电但结构和性能优越的材料作催化剂载体