空气电池氧电极催化剂的发展及研究现状

随着人们环保意识的增加及开发新能源的迫切需要,空气电池逐渐成为了电池行业的研究热点,而空气电极催化剂是影响空气电池性能的主要因素.详细介绍了金属催化剂、单一氧化物催化剂、复合氧化物催化剂及有机鳖合物催化剂的发展及研究现状.通过总结各种催化剂的优劣性,认为目前空气电池行业急需要寻找廉价高效的新型催化剂.     

电池用氧电极催化剂的研究现状

氧电极催化剂一直是金属空气电池和燃料电池领域研究的热点。综述了电池用氧电极电催化剂的研究进展,包括贵金属催化剂(铂、铂合金和银)、钙钛矿型氧化物催化剂、金属有机螯合物催化剂和其它催化剂,认为MnO2电催化剂与上述催化剂相比,最大的优势在于价格低廉,具有非常广阔的应用前景。并对氧电极催化剂的研究进行了展望,认为寻找廉价、高效的催化剂已成为提高氧电极性能的关键。这个问题一旦解决,必将大大推动金属空气电池和燃料电池的发展。     

氧电极催化剂研究

寻找廉价、高效的催化剂是氧电极催化剂研究的主要方向 ,氧电极催化剂主要有铂及铂合金、银、金属螯合物、金属氧化物 (如锰氧化物、钙钛石型氧化物等 )等几个系列。其中贵金属作催化剂的成本较高 ,金属螯合物可用的品种较少 ,锰氧化物的催化性能有限 ,钙钛石型氧化物可以对组分原子化合价位进行控制 ,催化活性多样 ,其主要成分来自于储量丰富的稀土原料 ,价格较低 ,是理想的氧电极催化剂材料。概述了以上具有代表性的催化剂的研制和应用状况 ,认为钙钛石型氧化物具有很大发展潜力和广阔的应用前景。     

铝-空气电池钙钛矿型氧电极的研究

制备La0.6Ca0.4CoO3钙钛矿型氧化物作为铝-空气电池氧气还原的催化剂,并对此催化剂做了X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)等结构测试.研究掺杂不同化合物对氧电极性能的影响.测定催化电极在6 mol/L KOH中的阴极极化曲线,并且组装成铝-空气电池,来考察电极的电化学性能.结果表明:钙钛矿型氧化物La0.6Ca0.4CoO3掺杂金属氧化物即混合催化剂是一种良好的催化剂,有利于促进阴极的氧气还原,改善电极的电化学性能.     

钙钛矿型双功能氧电极催化剂的研究进展

双功能氧电极由于其在燃料电池、金属 空气电池、碱性水电解工业中的应用,长期以来一直是电化学领域中的研究热点。介绍了钙钛矿型双功能氧电极催化剂的晶体结构特点、常用的制备方法,以及在催化氧气还原反应和氧气析出反应的电催化机理等方面的研究进展概况,并对该类型催化剂及其在双功能氧电极中的应用进行了展望。     

碱性介质空气电极性能的改进

考察了在空气电极的催化层中添加稀土氧化物La2O3对催化剂存在形态、空气电极性能的影响;并在碱性介质中以锌为负极组成碱性一次锌-空气电池,考察了电池的放电性能。实验结果表明,La2O3作为催化层的添加剂可以提高催化剂对氧气还原的催化活性。在碱性介质中,La2O3是对空气电极具有较理想的助催化效果的添加剂。     

锂-空气电池正极催化剂研究进展

具有超高比能量的锂-空气电池是近年来的研究热点,电解质和空气电极催化剂是锂-空气电池的重要研究内容。介绍了有机体系锂-空气电池空气电极催化剂的研究进展,分析了碳、贵金属、氧化物三类催化剂材料的特征及性能,进而提出了新型、高效、兼具催化氧还原/氧析出功能的纳米催化剂的发展方向。     

锌空气电池钴铁基电催化剂的制备方法

氧电极的氧析出反应(OER)和氧还原反应(OER)的缓慢的动力学,是影响锌空气电池发展的制约因素,高效稳定的电催化剂是使OER和ORR快速发生的重要途径。综述了应用于锌空气电池阴极部分的CoFe基电催化剂的制备方法和催化性能方面的进展。     

ZIF衍生氧还原反应催化剂的研究进展

从沸石咪唑酯骨架材料(ZIF)衍生的含过渡金属催化剂出发,介绍ZIF衍生催化剂前驱体的制备和热解温度、气氛对催化剂的影响,总结ZIF衍生的铂和非贵金属催化剂材料用于氧还原反应(ORR)的研究进展.提出有关ZIF衍生ORR催化剂发展面临的实际应用挑战和活性位点探究问题.     

金属-空气电池中空气电极的研究进展

介绍了清洁高效的金属空气电池的基本原理、结构以及特点.空气电极由防水透气层、活性催化层以及集流体组成,分别解释了它们的基本功能与原理.综述了近些年来空气电极的研究进展,并对不同的空气电极制备工艺及其性能进行了详细讨论.介绍了不同种类氧还原反应(ORR)催化剂的催化性能,展望了今后空气电极及其催化剂的发展方向.     

Pd基纳米电催化剂的制备及电催化

综述了近几年来新型抗甲醇的氧气还原用Pd基纳米电催化剂的研究进展,介绍了Pd基纳米电催化剂的制备方法,概述了Pd基纳米电催化剂电催化氧气还原反应的活性、抗甲醇性能以及路径,并探讨了Pd基纳米电催化剂增强氧还原反应活性的机理.     

阴离子膜燃料电池阴极非贵金属催化剂研究进展

与质子交换膜燃料电池相比,阴离子交换膜燃料电池不仅能显著提高阴极氧还原反应(ORR)动力学,而且可采用非贵金属催化剂大幅降低成本和减少极板腐蚀,成为新能源领域中的研究热点。对阴离子膜燃料电池中阴极非贵金属氧还原催化剂的研究进展进行了详细评述,在此基础上提出杂原子掺杂的多孔纳米碳材料和以其为载体担载合金化的非贵金属是阴离子交换膜燃料电池阴极催化剂今后的发展方向。     

新型炭载TM-N/C氧还原反应催化剂的研究进展

燃料电池氧化还原反应具有反应速度慢、反应途径多样性的不利特点,需在催化剂作用下才能进行。对铂基催化剂的依赖使质子交换膜燃料电池(PEMFC)成本过高,限制了其大规模商业应用。研究成本低廉、有良好的ORR催化活性、对电子反应途径有好的选择性、对甲醇有耐受性、良好的稳定性的阴极催化剂是PEMFC实现大规模商业化使用的关键。过渡金属TM-N/C催化剂是近几年兴起的一类氧还原反应催化剂,被认为是最有希望取代铂基催化剂的产品。从影响催化性能的因素、催化活性位两个方面综述了TM-N/C氧还原反应催化剂的研究发展状况。     

DMFC用阴极抗甲醇催化剂

简单介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的优点及目前研究中存在的主要技术问题,即电催化剂特别是阳极催化剂的活性不足和甲醇渗透问题。综述了DMFC使用的几种主要的阴极氧还原电催化剂的研究进展,着重对无定形的过渡金属族合物类电催化剂材料的研究状况进行了评述,认为该类催化材料的抗甲醇性能优良,但活性有待于进一步提高。     

PtCr/C-Nafion 膜氧电极的电催化活性

氧还原电催化剂的研究对聚合物电解质膜燃料电池技术的发展具有极其重要的意义。实验表明某些碳载铂的二元合金可以改善聚合物电解质膜燃料电池中氧还原的电催化性能。本工作的目的是考察ＰｔＣｒ／Ｃ作为氧电极催化剂的活性。采用松木碳为载体和水合肼为还原剂,通过化学还原沉积法制得Ｐｔ／Ｃ和ＰｔＣｒ／Ｃ催化剂。通过涂层和热压得到催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极。用电流－电位极化和恒电流放电法研究了催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极的性能。与Ｐｔ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极比较,ＰｔＣｒ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极对氧的电化学还原显示出高的活性。热处理催化剂的活性比未热处理的高。ＸＲＤ分析结果表明,热处理催化剂活性的提高看来主要是由晶格结构改变的结果引起的。     

合金化提高铂在PEMFC氧还原反应中的催化活性

用液相沉积-高温合金化法制备了铂基合金催化剂,用能量散射光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)技术对催化剂的结构进行了研究,并测试了使用此催化剂的质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能,结果表明铂基合金具有面心立方的结构,铂与过渡金属的原子比接近3∶1;制备的催化剂性能优越,具有比纯铂更强的电催化能力,催化剂活性由高到低的顺序是Pt-Cr/C→Pt-Co/C→Pt-Ni/C→Pt/C。讨论了合金元素对催化剂活性的强化作用,认为合金元素的引入减小了Pt-Pt原子间距,降低了Pt的d电子轨道占有率,提高了催化剂的性能。     

聚合物电解质燃料电池阴极非贵金属电催化剂

为了开发替代聚合物电解质燃料电池 (PEFC)中用于阴极氧还原的贵金属催化剂 ,同时为了提高液体进料直接甲醇燃料电池 (LFDMFC)中阴极催化剂抗甲醇中毒性能 ,基于非贵金属的氧还原催化剂的研究开发工作大量展开 ,介绍了两类用于PEFC中阴极氧还原的非贵金属催化剂———N4 金属大环化合物催化剂和Chevrel相催化剂 ,包括催化剂制备方法、催化活性以及催化机理分析等。对LFDMFC抗甲醇中毒的阴极催化剂进行了分析 ,并指出两类非贵金属催化剂都具有良好的抗甲醇中毒性能     

M-N4大环化合物对O2的催化还原机理

M-N4大环化合物由于良好的电催化活性和选择催化性,使其有望替代Pt应用于燃料电池阴极。介绍了M-N4大环化合物在阴极催化还原O2领域的相关研究。M-N4大环化合物催化还原O2存在两条方便的途径,即中心金属离子与O2之间的电子转移存在4e和2e两个过程。Fe大环化合物是一个4e催化还原O2过程,而多数Co大环化合物是一个2e催化还原O2过程,多核大环化合物可以促进O2催化还原的4e过程。中心金属离子氧化还原电势影响M-N4大环化合物催化还原O2的性能。     

DMFC中电催化剂的研究进展

从阳极催化剂的开发和阴极催化剂的开发两个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中电催化剂的研究进展.概述了甲醇电催化氧化机理.研究表明:阳极催化剂材料不仅可利用铂基二元或多元合金,而且可利用不含贵金属铂的电子导电混合氧化物,同时开发新的具有高活性和对甲醇无活性的氧还原反应非贵金属催化剂,应成为阴极催化剂研究的一个重要方向.