[发明专利]直接式硼氢化钠－肼混合燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合燃料电池，更具体地说，本发明涉及一种直接式硼氢化钠-肼混合燃料电池。

背景技术

硼氢化钠是含氢量较高的络合氢化物(含氢量10.8wt％)，是一种白色的固体。肼是含氢量更高的共价氢化物(含氢量12.5wt％)。有关直接硼氢化钠燃料电池的美国专利有USP5,599,640(1997)、USP5,804,329(1998)，有关使用双氧水为氧化剂的日本专利有特願2002-339694。

在常温常压下硼氢化钠能够直接被电化学氧化而产生电能，与其他储氢方式相比，具有燃料的储氢量高，电动势高，理论能量转换效率高的特征。近年来，直接硼氢化钠燃料电池作为一种新型燃料电池，引起了科学家和企业的广泛关注。

如果仅仅使用硼氢化钠水溶液，硼氢化钠水溶液在室温下会缓慢水解而释放氢气，无法保存。在燃料电池发电过程中也会不断产生氢气，这不仅降低硼氢化钠的利用率，而且也使直接硼氢化钠燃料电池的应用受到限制。目前使用的方法是在硼氢化钠水溶液中加入氢氧化钠来稳定硼氢化钠，这种方法效果有限，而且氢氧化钠的加入导致燃料能量密度的降低。现报道的直接硼氢化钠燃料电池，除了硼氢化钠在水溶液中稳定性引起的氢发生，放电时，由于催化剂种类的不同和硼氢化钠浓度的不同，会按不同的途径发生电化学氧化而产生氢气而是x≠8。

硼氢化钠的电化学反应为：

使用高浓度的硼氢化钠溶液，在Ni、Co、Fe上发生不是8电子的电化学反应，即x＝6、4、2。

当空气作为氧化剂时，如日本专利特願2002-339694所介绍的通常使用铂作为阴极材料。由于双氧水极易在铂催化剂上发生反应而生成氧气，这不仅降低了双氧水的利用率，而且也使直接硼氢化钠燃料电池的应用受到限制。因此铂电极不适用于以双氧水为氧化剂的直接硼氢化钠燃料电池。

因此，在阳极侧，需要一种既能稳定硼氢化钠抑制硼氢化钠水解的、本身又具备储氢功能的燃料添加剂，形成一种性能稳定、便于存放、携带方便的硼氢化钠燃料供直接硼氢化钠燃料电池发电。电极的制备上需要改进，使得硼氢化钠在放电时不会产生氢气。在阴极侧，需要一种既能使双氧水发生电化学氧化，又能抑制双氧水分解的阴极催化剂。

肼是一种硼氢化钠的含氢量更高的氢化物，能够在碱性条件下被电化学氧化。

N₂H₄+4OH^-＝N₂+4H₂O+4e

硼氢化钠能够溶于肼，因此在硼氢化钠溶液中加入肼，不但能起到稳定硼氢化钠的作用，还能提高直接硼氢化钠燃料电池燃料的能量密度。但由于肼的反应活性比硼氢化钠差，仅使用肼为燃料的直接肼燃料电池的性能不如直接硼氢化钠燃料电池，因而直接肼燃料电池到目前为止也没有得到应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种直接式硼氢化钠-肼混合燃料电池：包括与鼓风机相连的燃料电池，还包括由燃料罐和微型输液泵；燃料罐底部出口通过管道依次连接微型输液泵和燃料电池，燃料电池出口连接至在燃料罐上部，燃料罐上部设置气体出口和燃料注入口，下部设置残液出口；燃料溶液通过微型输液泵进行循环；

所述燃料罐中的燃料为硼氢化钠-肼混合水溶液，系在常温常压下将硼氢化钠粉末溶于水合肼N₂H₄·H₂O，并加入水使该混合水溶液中硼氢化钠∶肼∶水的质量比例为100∶20～100∶100～200；

所述燃料电池包括阴极、阴离子交换膜和阳极；

所述阴极的电极基材为碳纸，其上附着的催化剂为贵金属催化剂Pt、Pd、Au、Ag或它们的合金；非贵金属催化剂Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti或它们的合金或氧化物；或者是稀土氧化物其中一种；

所述阳极的电极基材为碳纸、碳布或泡沫镍其中任意一种，催化剂为贵金属催化剂：Pt、Pd、Au、Ag或它们的合金；非贵金属催化剂Ni、Fe、Co、Mn、Cr、Ti或它们的合金；或者是储氢材料MmNi_5-xM_x、Zr_1-xTi_xNi_2-yN_y其中一种x的范围在0.01-0.5之间，y的范围在0.01-1.5之间，Mm为混合稀土元素。

作为一种改进，所述硼氢化钠-肼混合水溶液中硼氢化钠∶肼∶水的质量比例为100∶20∶100～200。