燃料电池制造技术.pdf

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1、第八章!燃料电池制造技术第一节!碱性燃料电池制造技术一、电催化剂与电极及其制备工艺（一）电催化剂在选择碱性燃料电池的电催化剂时，首要条件有二，一是电催化剂对氢的电化学氧化和氧的电化学还原的催化活性；二是在浓碱中电催化剂于电极工作电位范围内的稳定性。当然电催化剂最好是电的良导体，当电催化剂是半导体或电的绝缘体时，则必须将电催化剂高分散地担载到具有良导电性的担体（如活性炭）上。当然对导电良好的电催化剂（如贵金属铂），为减少催化剂用量、提高电催化剂的利用率，也经常要将其担载到导电良好的炭担体上。$对于碱性电池，强碱的阴离子为"#，它既是氧电化学还原反应的产物，又是导电离子。因此在

2、电化学反应过程中不存在酸性电池中出现的阴离子特殊吸附对电催化剂活性和电极过程动力学的不利影响。碱的腐蚀性比酸低得多，所以碱性电池的电催化剂不仅种类比酸性电池多，而且活性也高。对于%&’()型中温（约*++,）碱性燃料电池，多采用双孔结构的镍电极，即用镍作为电催化剂。而对于采用-./0黏合型多孔气体扩散电极的碱性燃料电池，由于在航天应用中要求高比功率与高比能量，为达到高电催化活性，多采用贵金属（如-1、-2、34、35等）及其合金作电催化剂，既可用高分散的贵金属粉，也可采用将其担载到炭上。在探索碱性燃料电池在地面或水下应用时，为降低电池成本，曾对各种过渡金属及其合金（如678

3、9)、678:;、678:(等）进行了广泛研究。也曾研究过<:、硼化镍（67*%）、6&!<"=、各种尖晶型（如钙钛矿型）氧化物、过渡金属大环化合物（如:(8.33、/>酞菁、9)卟啉）等电催化剂。但由于电催化剂活性与寿命均低于贵金属电催化剂，并且采用炭载型贵金属电催化剂电极的贵金属担量的大幅度降低，进而降低了电催化剂成本，上述电催化剂很少在实用的电池组中应用。中国科学院大连化学物理研究所在*+世纪?+年代研制的碱性石棉膜型氢氧燃料电池采用-18-2@:作氢电极电催化剂，银为氧电极电催化剂。·PN6·电池制造工艺新技术与质量监控及标准实用手册（!）氢电极"#$"%&’电催化

4、剂(选择活性炭为担体，考察了天津棉子皮炭（)*+/1/1比表面,--.&0）和青岛!-,木炭（)*+比表面!---.&0），最终选定青岛!-,炭。考虑到"%对氢吸附能力和"#对氢电化学氧化的高催化活性，经试验确定采用"#2"#3!2!（质量比）为电催化剂组分。原料为氯铂酸（4/"#’56·64/7）和氯化钯（"%’5/）。还原剂考察了硼氢化钾（8)4,）、水合肼（9/4,·4/7）、甲醛（’4/7），最终选用水合肼。（/）氧电极电催化剂(用纯:0或:0$:;作氧电极催化剂。采用:097<加入9=74快速沉淀法制备高分散的氧化银。若需加入少量:;改善:0的电催化活性，则在制备

5、好的:07粉料上再浸入氯金酸（4:;’5,）。为提高电极的孔隙率，先利用:07粉料和"+>*制备多孔气体扩散电极，之后采用电还原法将:07和4:;’5,还原为:0和:;。用6-目9?网作集流网，用制得的:07粉与一定量的"+>*制成电极作负极，用9?网作正极，电解液采用浓度为!.@5&A的874，外加电压*!B6C，控制电流密度在D-E/!--.:&F.之间，当工作电流逐渐衰减至“-”时，:07全部还原为银。（二）电极结构与制备工艺!B双孔结构电极>B+B)=F@G采用雷尼合金制备双孔结构电极，其粗孔层孔径H<-!.，细孔层孔径*!6!.，电极厚度约为!B6..。电池工作时

6、，只要控制反应气与电解液压差在一定范围内，就可有效地将反应区稳定在粗孔层内。I;J#?等人发展了双孔结构电极制备技术，主要工艺参数见表/KLK!。表!"#"$%&’(电极制备工艺参数项(目参((数项(目参((数雷尼合金:529?（质量比）3D-2D-成孔压力&M":

7、双孔结构电极。从功能上看，双孔电极的细孔层在浸入电解液后，起阻气和传导导电离子作用。因此可采用微孔塑料作细孔层，如孔径为D!.的聚氯乙烯薄膜，在其表面先用化学镀或真空镀膜法镀一层:0或9?层，进而电镀多孔催化层，如"#、:0、9?、:;等。当然这种双孔结构电极只适用于低温燃料电池。第二篇-电池制造工艺及技术·A//·!"搀有聚四氟乙烯等防水剂的黏合型电极在水溶液电解质中，某些担有各种电催化剂的活性炭等材料可被浸润，同时又是电的良导体。这样的材料可提供电子导电与液相传质的通道，但它无法提供反应气传递的气体通道。诸如#