生垦：丝鲨! Q 堕笙i 旦主里笪墼皇鲨皇垫垄皇鎏及其关键材料学术研讨会2 5 1沉积法制备再生氢氧燃料电池电催化剂P t R u 0 2张扬健，王诚，毛宗强，谢小峰( 清华大学核能与新能源技术研究院，北京1 0 0 0 8 4 )再生氢氧燃料电池作为蓄能系统与传统的铅酸蓄电池、N i C d 电池等二次电池相比，具有更高的比能量及比功率，使用中无自放电，而且不受放电深度限制，所产生的高压H ：、0 2 可用于空间站及卫星的姿态控制。反应是在纯水和氢气和氧气之间进行转化，没有腐蚀和污染，是一种具有广阔发展前途的新型储能电池，广泛应用于航天和军事领域k2 3 】。双功能氧电极及其电催化剂是可逆式再生燃料电池的核心技术也是难点。双功能氧电极催化剂包括化学还原法制备的P t R u I r 4 】、还有P t I r 0 2 ，5 6 ，7 1 、P t - I r 0 2 R u 0 2 【8 1 等，其中I r 0 2和R u 0 2 由A d a m s 方法制备【9 J 。T s u t o m uI o r o i 掣1 0 1 报道，利用胶状前驱物( 如I r ( O H ) 6 ( H 2 0 ) 3 )沉积到P t 黑上制成的氧电极性能优于混合P t 。I r 0 2 氧电极。本文考察了利用胶体沉积法制备的成本较低的R u 0 2 P t 双功能氧电极催化剂。1 实验1 1P t R u 0 2 的胶体沉积法制备和表征取1 0m l1 0 m 咖l 的R u C l 3 x H 2 0 溶液( 主金属含量为3 7 ) ，在搅拌下加入6 7I I l l0 0 5M的N a O H 溶液。在4 0 “ C 搅拌下反应4h ，冷却后加入少量抗坏血酸以防R u 络合物被空气氧化并将p H 调到8 - 9 左右，然后静置2 天后离心分离、洗涤以除去杂离子，然后在4 0 0 。C 下空气下焙烧1h 。利用T E M 观察粒径，利用E D X 分析成分；利用X R D 进行物相结构分析。T G A 分析在N 2 气流中进行，升温速率为1 0 m i n 。1 2 膜电极的制备和评价将一定量的P t R u 0 2 催化剂、5 的N a t i o n 和异丙醇经超声混合后刷涂到平整后的碳纸上制备的氢电极，其中P t R u 0 2 含量2 5 m g c m 2 ，催化层中N a t i o n 含量2 6 2 。使用同样方法制备氢电极，其中P t 含量0 4 6 m g c m 2 ，催化层中N a t i o n 含量2 6 2 。使用N a t i o n1 1 5 。将氧电极与氢电极机械压制在一起制成M E A ，将M E A 组装成5 c m 2 的再生燃料电池。先进行燃料电池评价后进行电解池评价。2 结果与讨论2 1 催化剂表征T G A 和D T A 结果表明失重在9 0 1 1 0 和3 9 0 4 1 0 发生，9 0 1 1 0 失重并伴随一吸热峰，这是因脱水引起的，3 9 0 4 1 0 失重并伴随一放热峰，这归因于最后的脱水和R u 0 2 的晶化形成。从起始温度到4 0 0 ，总的失重占样品质量的2 2 2 3 ，由此推测样品组成为R u ( O H ) 2 2 H 2 0 ，样品在4 0 0 “ C 转化为R u 0 2 晶体。P t 黑和样品的T E M 图表明，P t 黑粒是由1 0 2 0a m 表面光滑的团块形成，4 0 0 “ C 焙烧的样品得到的R u 0 2 P t ，R u 0 2 是由3 0 5 0a m 表面粗糙的团块形成。E D X 分析表明，R u 0 2 在2 5 2中国长沙2 0 0 5 年5 月中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会沉积的R u 0 2 P t 样品中含量为3 6 。2 2 催化剂性能考察沉积法制备的R u 0 2 P t 的C V 图见图所示，为了比较催化性能，同时列出了混合方法制各的R u 0 2 P t 的C V 图，其中R u 0 2 由A d a m s 方法制备，然后和P t 混合而制成双功能氧电极催化剂。从图可以看出沉积法制备的R u 0 2 P t 活性比混合方法制备的R u 0 2 P t 好。2 3 电池性能考察组装成再生燃料电池，先评价电解池性能，切换后评价燃料电池性能。电解池评价时候，室温2 0 。C ，常压下电解，去离子水为1 0M Q ，流量为5 0m l m i n 。燃料电池评价时，P 氧气= P 氧气= 2 0 a t m ，T 加湿= T 电池= 8 0 。C ，氢气和氧气流量分别是理论消耗量的1 5 和2 倍。利用排水法测产氢量。1 A 电流l m i n 理论产氢量为7 0 m lH 2 m i n 。利用产氢量计算电解电流效率为9 9 。再生燃料电池性能测试如图。随着电流密度的增加，燃料电池电压下降，电解电压上升，电流密度5 0 0 m A c m 2 时，电解池电压为1 8 8 7 V ，燃料电池电压为0 4 2 3 V ；与此对比，混合方法制备的R u O J P t 氧电极，电流密度5 0 0 m A c m 2 时，电解池电压为1 8 7 1 V ，燃料电池电压为0 4 1 4 V 。随着温度的上升，电解电压下降，燃料电池电压增加。3 结论1 ) 通过沉积法可以制得性能良好的R u 0 2 P t 双功能电催化剂；2 ) 沉积法可以制得的R u 0 2 P t 性能优于混合法制备的R u 0 2 P t3 ) 温度对再生燃料电池性能有很大影响，温度的上升，电解电压下降，燃料电池电压增加。R e f e r e n c e【1 】B u r k eKA m E EA e r o s p a c ea n dE l e c t r o n i cS y s t e m sM a g a z i n e ，1 9 9 9 ，1 4 ( 1 2 ) ：2 3 - 2 4【2 】S h a o Z h i g a n g ，Y iB a o l i a n ，H a nM i n g E l e c t r o c h e m i s t r y , 1 9 9 8 ，4 ( 4 ) ：4 4 4 4 4 8f 3 1S h i e p eJK ，M o l t e rTM W O4 5 1 9 2 2 0 0 1 4 1C h e nG u o y i n g ，D e l a f u e n t eDA ，S a r a n g a p a n iS ，M a l l o u kT E C a t a l T o d a y ，2 0 0 1 ，6 7 ：3 4 1 3 5 55 1S w e t t eLL ，L a c o n t i A B ，M c C a t t ySA J P o w e rS o u r c e s ，1 9 9 4 ，4 7 ：3 4 3 3 5 l 6 】6S w e t t e L L ，K a c k l e y N D ，L a c o n t i A B 2 7 。I n t e r s o c E n e r g y C o n v e r s E n g C o n f ，1 9 9 2 ，l ：1 1 0 1 一1 1 0 6【7 L i uH ，Y iBL ，H o uM ，W uJF ，e ta 1 E l e c t r o c h e m i c a la n dS o l i d - S t a t e1 e t t e r s ，2 0 0 4 ，7 ( 3 ) ：5 6 5 9f 8 1C i s a rA ，M u r p h yO ，C I a r k eE U S0 0 6 8 5 4 4 ，2 0 0 3【9 】A d a m sR ，S h r i n e rR L ，P l a t i n u mo x i d ea Sac a t a l y s ti nt h er e d u c t i o no fo r g a n i cc o m p o u n d s I I I P r e p a r a t i o na n dp r o p e r t i e so ft h eo x i d eo fp l a t i n u mo b t a i n e db yt h ef u s i o no fc h l o r o p l a t i n i ca c i dw i t hs o d i u mn i t r a t e ， 1 0 1I o r o iT ，K i t a z a w aN ，Y a s u d aK ，e t A 1 J A p p l E l e c t r o c h e m ，2 0 0 l ，3 1 ：1 1 7 9 - 1 1 8 3