陆地上使用的燃料电池多以空气中的氧气作为阴极氧化剂,但空气中的含氧量及氧气在电解质溶液中的溶解度等问题都会限制这些燃料电池的使用。而对于某些特殊的应用环境,如水下和太空,燃料电池必须随身携带大量的氧以供其使用。氧气的存储携带方式主要有液态氧和高压气态氧这两种方式。但都存在诸多问题,如储罐庞大,压力控制系统复杂,液态氧挥发快,不易长时间储存等等。
以H2O2为氧化剂的燃料电池,由于H2O2标准状态下是液体,与气态的氧气相比,体积能量密度高,且方便储存、运输及向电池中输送,不存在严重的安全性问题,H2O2分解的产物是水和氧气,不会造成环境污染;H2O2直接2电子还原反应过程,与氧气的4电子还原过程相比,活化能低,其直接还原的交换电流密度比氧电还原的要大3个数量级;并且H2O2电还原是固-液两相反应,而氧气的电还原是固-液-气三相反应,两相反应界面比三相界面更容易建立且稳定,无需气体扩散层。因此,使用H2O2为氧化剂的燃料电池,系统更加简单、紧凑、稳定、方便易于操作[1]。另外,H2O2每年以数亿磅大量生产,其价格便宜,原料易得。
本课题基于以上背景,结合电化学及材料化学相关理论,研究H2O2基燃料电池阴极材料,量化各种反应条件对阴极材料性能的影响,最终提出合适的电极制备条件及工作条件,促进H2O2基燃料电池性能的提升。