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铜阳极DBFC硼氢根离子电化学氧化行为的研究

崔文科

   由于全球对于能源需求持续增加,以及在许多市场中对替代式新能源的高度兴趣,因此燃料电池将成为能源行业新的成长机会。燃料电池由于具有清洁、高效、低噪声、高可靠性等优点,作为一种重要的能源形式备受世人的关注。直接硼氢化物燃料电池(DBFC)由于其高容量(5.67Ah·g~(-1),基于NaBH_4)、高输出电压(理论值1.64V)、高储氢量(10.8wt%)受到越来越多的重视。 本文用铜阳极、碳阴极和Nafion~((R))117膜组装成直接硼氢化物燃料电池(DBFC)试验装置。采用开路电位法、交流阻抗法、循环伏安法三种电化学方法对BH_4~-在铜电极上的电化学氧化行为进行了研究。研究了以不同硫脲浓度状态下的循环伏安图和交流阻抗图为基础,探讨TU对BH_4在铜电极上的电化学氧化行为的影响,分析在铜电极上TU对BH_4~-水解抑制作用,提出并分析了其等效电路。得到了以下主要结论: (1)通过开路电位法对BH_4~-在铜电极上的电化学氧化行为进行了研究。通过对不同浓度NaBH_4溶液开路电位的测量结果可知,开路电位与NaBH_4浓度并非呈线性关系。而是,当NaBH_4浓度低时,开路电位随NaBH_4浓度的增加而增加;当NaBH_4浓度达到一定值时,开路电位达到最大;继续增大NaBH_4浓度,开路电位逐渐降低。本实验测量的体系中,NaBH_4浓度为1.0 mol·L~(-1)时,开路电位达到最大,稳定值为-0.93V。 (2)采用交流阻抗法对BH_4在铜电极上的电化学氧化行为进行了研究。通过测量结果可知等效电路中各元件参数值得大小与NaBH_4浓度的关系。同时得知,直接硼氢化物燃料电池阳极反应体系在高、中频区受电化学极化控制,在低频区受浓差极化的控制。 (3)使用循环伏安法、电化学交流阻抗法研究了铜电极上BH_4~-在不同硫脲浓度时的电化学氧化行为。实验结果表明在扫描速率40mV/s时,硫脲存在时BH_4~-氧化峰比没有硫脲存在时明显增大;根据DBFC电池特征设计出等效电路(R(Q(RW))),对交流阻抗实验数据进行了拟合,结果表明该等效电路与实际测量结果一致;循环伏安和交流阻抗实验均表明,适当的硫脲可抑制DBFC阳极的析氢副反应。……   
[关键词]:燃料电池;硼氢化钠;循环伏安;电化学阻抗谱
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:太原理工大学2007年