论文摘要
直接肼燃料电池（direct hydrazine fuel cell,DHFC）具有燃料易运输与储存、重量轻、体积小、能量效率高等优点,并且反应产物为N2和H2O,因而系统设计简单、环保,是具有广阔应用前景的燃料电池,尤其适用于便携式电源。由于肼（N2H4）在离子交换膜中的渗透降低DHFC发电性能,是目前限制DHFC发展的重要因素。围绕这个问题,本论文以探索肼电化学反应机理,以降低肼的渗透为主要目的,分别从电池的燃料、离子交换膜和催化剂三个不同方面对肼的渗透进行了研究。本论文在水合肼溶液中加入不同浓度的NaOH,调整燃料的成分,通过对不同电流密度下电化学反应产生气体的测定,探讨了碱性DHFC的阳极电化学反应机理。并通过对碱性DHFC开路电压、极化曲线和发电性能的测试,发现在水和肼中加入碱可大大提高DHFC的性能,并在此基础上,研究了燃料粘度对DHFC性能的影响,发现燃料粘度增大会降低离子的传导性,从而使电池的性能降低。本研究对比了阳离子交换膜和阴离子交换膜对于碱性DHFC的发电性能的影响。结果表明由于阴离子交换膜可限制N2H5+和Na+的渗透,使用阴离子交换膜的DHFC性能要比使用阳离子交换膜的DHFC性能要高。常温的功率密度达到了88mW/cm2。对于阳极催化剂,本论文分别测试了不同放电电流密度下,肼溶液在Ni,Pd/C和表面处理后的Zr-Ni合金的产生气体的速率,探讨了肼在不同阳极催化剂上电化学反应机理。在阳极催化剂上,肼在Ni,Pd/C和表面处理后的Zr-Ni合金上发生的电化学反应都为4电子反应,而且Pd的催化活性和电池性能较高。对于阴极催化剂,本论文进行了用COCl2来改进Pt/C电极极化性能的尝试,期望可以提高阴极催化剂的极化性能来提高电池性能。结果表明,采用COCl2和Pt/C混合催化剂,可使碱性DHFC的发电性能得到很大的提高。本论文的实验研究成果为解决DHFC中肼的渗透并提高DHFC的性能提供了新的可行的方案,在DHFC中有良好的应用前景。