燃料電池具有高能量效率以及對(duì)環(huán)境友好,能有效緩解能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題。特別是直接醇類燃料電池（DAFCs）是一種高效、清潔的可直接簡(jiǎn)單獲得電能的裝置,因此引起了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。乙醇具有無(wú)毒、便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸以及高體積能量密度等優(yōu)點(diǎn)。同樣,甘油是生產(chǎn)生物柴油的副產(chǎn)品,來(lái)源廣泛、高沸點(diǎn)、無(wú)毒性以及高能量密度等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論是乙醇燃料電池還是丙三醇燃料電池都有望應(yīng)用于燃料電池以解決目前的能源問(wèn)題。然而,醇類燃料電池依然存在各種反應(yīng)中間體阻礙電池反應(yīng)的進(jìn)行,降低電池效能。因此需要開(kāi)發(fā)穩(wěn)定、催化活性高的催化劑,以提高電池的效能。本文具體的研究?jī)?nèi)容如下:（1）以荔枝皮為碳源,經(jīng)過(guò)KOH以及CoCl₂的活化處理,制備出多孔生物質(zhì)碳材料（A-MC-LCR）并將其應(yīng)用于乙醇燃料電池中。實(shí)驗(yàn)表明制備所得的Pd/A-MC-LCR催化劑展現(xiàn)出優(yōu)異的乙醇電氧化活性,起峰電位都為-0.63 V且在-0.33 V則出現(xiàn)峰值電流且電流密度達(dá)到84.8 mA cm^-2。在-0.3 V下經(jīng)過(guò)30 min的計(jì)時(shí)電流測(cè)定,其電流密度為8.8 mA cm^-2是P... 

【文章來(lái)源】：廣州大學(xué)廣東省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

燃料電池工作原理圖

碳基納米復(fù)合材料在直接醇類燃料電池的應(yīng)用7由于甲醇轉(zhuǎn)化H2的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)過(guò)這一轉(zhuǎn)化過(guò)程燃料電池整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率被大幅降低。直接甲醇燃料電池是一種以甲醇為燃料的燃料電池。與傳統(tǒng)氫氧燃料電池相比，甲醇燃料電池的電化學(xué)活性較低，但在實(shí)際應(yīng)用中卻具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在直接甲醇燃料電池中，燃料甲醇直接在電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，此電池可直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，無(wú)需經(jīng)過(guò)甲醇重整制氫的復(fù)雜過(guò)程。同時(shí)由于燃料甲醇來(lái)源廣泛和便于儲(chǔ)存運(yùn)輸、電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，甲醇燃料電池成為研究熱點(diǎn)[23,24]。直接甲醇燃料電池分別由陽(yáng)極甲醇、陰極氧氣和質(zhì)子交換膜三部分構(gòu)成。在電極方面，陰陽(yáng)兩極由催化層與擴(kuò)散層組成。催化層是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的地方，最為常見(jiàn)的陽(yáng)極和陰極催化劑分別是Pt/C和PtRu/C催化劑。擴(kuò)散層作用是傳導(dǎo)反應(yīng)收集電流以及支撐催化層，一般由導(dǎo)電性好和比表面積大的多孔或三維材料制成，以往常用經(jīng)修飾的導(dǎo)電碳粉或碳布。而在發(fā)現(xiàn)石墨烯后，石墨烯用作擴(kuò)散層材料成為研究熱點(diǎn)。另外，摻雜雜原子的碳材料也被用作擴(kuò)散層材料。在質(zhì)子交換膜方面，常用全氟磺酸高分子作為質(zhì)子交換膜。此前酸性甲醇燃料電池是研究的熱點(diǎn)，但電池中的酸性電解質(zhì)會(huì)造成水質(zhì)、土壤污染等問(wèn)題，因此常以堿性醇類燃料電池作為研究對(duì)象。直接甲醇燃料電池的工作原理如圖1-2，在陽(yáng)極甲醇被氧化為CO2和H+，H+穿過(guò)質(zhì)子交換與陰極的O2反應(yīng)[25]。圖1-2直接甲醇燃料電池工作原理Fig.1-2Workingprincipleofdirectmethanolfuelcell在酸性電解質(zhì)下，甲醇燃料電池反應(yīng)方程式如下：陽(yáng)極：CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-(1-7)

碳基納米復(fù)合材料在直接醇類燃料電池的應(yīng)用8陰極：3/2O2+6H++6e-→3H2O(1-8)總反應(yīng)方程式：CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O(1-9)在堿性電解質(zhì)下，甲醇燃料電池反應(yīng)方程式如下：陽(yáng)極：2CH3OH+16OH-→2CO32-+12H2O+12e-(1-10)陰極：3O2+6H2O+12e-→12OH-(1-11)總反應(yīng)方程式：2CH3OH+3O2+4OH-→2CO32-+6H2O(1-12)1.3.2直接甲醇燃料電池的不足直接甲醇燃料電池雖然存在許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用上還存在著許多不足。一方面是甲醇的氧化速率較慢[26]，根據(jù)反映方程式，一分子的甲醇完全氧化的過(guò)程理論上是需要轉(zhuǎn)移6個(gè)電子。而實(shí)際上，在多電子轉(zhuǎn)移的情況下，難以進(jìn)行完全氧化反應(yīng)，一般會(huì)產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物，如：甲醛、甲酸以及類CO化合物。這些中間產(chǎn)物，特別是類CO化合物，容易吸附在電極表面，占據(jù)反應(yīng)物與催化劑的反應(yīng)位點(diǎn)，降低催化劑的有效催化率，從而影響電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。根據(jù)Carrette[27]等人的研究，甲醇完全氧化經(jīng)過(guò)以下反應(yīng)過(guò)程，如圖1-3。圖1-3甲醇氧化的歷程Fig.1-3TheProcessofMethanolOxidation由圖可知，甲醇氧化有多種反應(yīng)路徑，經(jīng)過(guò)各種反應(yīng)步驟，因而在此過(guò)程中CO的產(chǎn)生是難以避免的，同時(shí)經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在實(shí)際反應(yīng)確有CO生成。當(dāng)溫度大于60℃時(shí)，甲醇氧化過(guò)程中產(chǎn)生的類CO化合物會(huì)與吸附在催化劑上的羥基進(jìn)行反應(yīng)[28]，反應(yīng)方程式如下：COads+Pt-OHads→Pt-COOH(1-13)COads的存在阻礙著甲醇進(jìn)一步的氧化，因而實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中，甲醇需要更


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