储氢合金作为直接硼氢化物燃料电池阳极催化剂的研究进展

闫静¹，田晓¹，赵宣¹，赵丽娟¹，杨艳春¹，陈均²

1. 内蒙古师范大学物理与电子信息学院功能材料物理与化学自治区重点实验室2. 北京大学化学与分子工程学院

摘 要：直接硼氢化物燃料电池（DBFC）是一种可以直接将化学能转化成电能的新型燃料电池,该类电池因具有理论电压高、能量密度大、环境污染小等优点而备受关注。然而,在DBFC工作的过程中,BH₄^-容易发生水解而释放出氢气,导致实际转移的电子数目减少,燃料利用率降低,同时生成的氢气还会给电池带来隐患。研究表明,DBFC的性能很大程度取决于硼氢化物分子在DBFC阳极上发生的电化学反应,而阳极上的电化学反应又直接受阳极催化剂的控制。因此,阳极催化剂是影响DBFC电化学性能的关键因素。以往研究者们多采用贵金属单质（例如Au、Pt、Ag、Pd等）或贵金属合金作为DBFC阳极催化剂,也有的采用过渡金属（例如Ni）。贵金属催化剂具有优异的催化性能,但高昂的成本限制了它们的广泛应用。过渡金属成本较低,但其催化性能却不够突出。因此,阳极催化剂的选择是DBFC能否广泛应用的关键。近年来,具有可逆吸、放氢性能的储氢合金由于其特殊的储氢特性引起了DBFC研究者们的极大关注,他们将储氢合金用作DBFC阳极催化剂。研究表明,储氢合金除了具有与贵金属催化剂相类似的催化能力外,还能将DBFC工作过程中发生的水解副反应释放出来的氢吸附（或存储）,并在一定条件下再将氢以电能的形式释放出来,从而提高了燃料的利用率。此外,储氢合金作为DBFC阳极催化剂,不仅降低了原材料成本,还抑制了水解副反应,从而提高了燃料的利用率,同时该合金在稳定性方面也有一定的优势。为进一步发挥储氢合金的催化性能,研究者们对储氢合金进行表面修饰、晶体结构改变、成分优化等多角度研究。理论和实验研究证明,储氢合金是一种具有应用潜力的DBFC非贵金属催化剂。本文在简要说明DBFC工作原理、介绍储氢合金吸放氢机理以及储氢合金作为DBFC阳极催化剂反应机制的基础上,综述了近年来储氢合金作为DBFC阳极催化剂的研究进展,特别对比了近年来研究比较多的AB₅型和AB₂型储氢合金作为DBFC阳极催化剂的性能。最后指出了储氢合金作为DBFC阳极催化剂存在的问题和未来发展趋势。

关键词：直接硼氢化物燃料电池;储氢合金;阳极催化剂;水解;