陈玥晗, 李洲鹏

(浙江省化工高效制造技术重点实验室, 浙江大学 化学工程与生物工程学院, 浙江 杭州 310027)

1 前 言

燃料电池(fuel cell)具有环境友好、能量转换率高、适用领域广泛等优点，在当今新能源发展的趋势下受到了广泛关注，其阴极的氧还原反应(ORR)动力学性能是决定燃料电池功率密度的主要因素[1-4]。传统燃料电池使用碳载铂(Pt/C)作为阴极催化剂。这是因为Pt具有优异的ORR催化性能及良好的稳定性[5-7]。但作为贵金属，铂价格昂贵且资源稀缺，这使得碳载铂催化剂难以大规模应用，限制了燃料电池产业的发展。因此开发具有高催化活性的非贵金属催化剂对燃料电池的普及具有极为重要的意义[8-12]。

直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)是一种电动势高、无需贵金属作为催化剂的具有高能量密度的碱性燃料电池[13-17]。硼氢化钠溶解于氢氧化钠溶液可以抑制硼氢化钠水解，因此通常DBFC 的燃料为NaBH4和NaOH 的混合溶液，电极反应和电池反应如下所示：

阴离子交换膜(AEM)作为DBFC 的电解质是理想的，但BH4-容易渗透过阴离子交换膜(AEM)，燃料的渗透产生极大的阴极极化。利用阳离子交换树脂(Nafion)对阴离子传导的阻碍，选择Nafion 膜为电解质可抑制燃料渗透，但这同时也阻碍了氢氧根离子(OH-)的传导，因此来自NaBH4和NaOH 的钠离子(Na+)成为阳离子交换膜DBFC(CEM-DBFC)的传导离子[18-19]。硼氢酸根离子(BH4-)在阳极与OH-反应，释放出电子形成偏硼酸根离子(BO2-)，Na+通过电解质膜向阴极移动，在阴极与氧还原反应产生的OH-结合形成NaOH 从电池排出。因此，Na+的传导尤其是阴极反应层中的传导对于降低CEM-DBFC 的阴极极化极为重要。……