大功率燃料电池阴极催化剂的设计和可控量产制备

作     者：李荣荣 雷红红 翟兆岩 吴磊 李小丽 刘保银 张艳娜 王熙 肖建军 Rongrong LI;Honghong LEI;Zhaoyan ZHAI;Lei WU;Xiaoli LI;Baoyin LIU;Yanna ZHANG;Xi WANG;Jianjun XIAO

作者机构：河南省金属燃料电池重点实验室河南郑州450001 郑州佛光发电设备股份有限公司河南郑州450001 郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 

出 版 物：《过程工程学报》 (The Chinese Journal of Process Engineering)

年 卷 期：2023年第23卷第7期

页      面：995-1002页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主　　题：钴锰复合氧化物 共沉淀法 氧还原催化 金属燃料电池 

摘      要：推进能源结构调整,发展绿色低碳技术对于推动我国清洁能源利用、保障用电安全、实现“双碳目标具有重要的战略意义。金属燃料电池具有高能量密度、低成本、高安全性、清洁无污染等优势,是极具潜力的新一代电能源装置,近年来受到广泛关注。然而,由于关键性技术未突破、阴极催化剂成本高等问题,导致金属燃料电池未能实现大规模应用。高性能非贵金属催化剂的开发是燃料电池有效推广的重要前提,本研究采用价格低廉的碳纳米管、乙酸钴、乙酸锰和氢氧化钠作为原材料,利用一步共沉淀法在多壁碳纳米管基体上负载过渡金属氧化物,制备了具有稳定结构的尖晶石相的CoMn_(3)O_(x)/CNTs催化剂。X射线衍射及氧还原测试结果表明,煅烧温度为350℃的催化剂的结晶度高,氧还原催化活性最高。扫描电镜及能谱分析结果显示,CoMn_(3)O_(x)活性成分均匀附着在碳纳米管表面,颗粒大小为纳米级,各组分元素分布均匀,Co和Mn元素的原子数比接近设计值1:3。氧还原性能测试结果显示,CMO/CNTs-350催化剂的极限电流密度和半波电位分别达到5.59 mA/cm^(2)和0.75 V,宏量制备后性能保持良好。将该催化剂应用于3 kW铝空气电源,恒功率连续运行12 h后单体平均电压1.14 V。基于原材料丰富易得、生产工艺可控、电化学性能优异等特点,CMO/CNTs-350催化剂是一种非常有潜力的金属燃料电池阴极催化剂。