納米鎳一體式燃料電池體系電化學性能研究

張渝彬 丁義超 鮮勇 廖婷婷

摘要：分別研究了采用氣-固充氫充電方式和電化學充電的納米鎳一體式燃料電池體系的電化學性能。采用氣-固充氫方式的電池以0.008 mA/cm2進行恒流放電，放電比容量為47 mA·h/g。采用線性掃描伏安法以及電化學交流阻抗譜法研究充氫態的M-URFC的微觀反應過程，線性掃描伏安曲線在0.75 V出現Pt/Ir合金催化氧還原反應峰。通過充氫態的M-URFC的放電曲線、線性掃描伏安曲線以及阻抗譜分別從宏觀和微觀角度證明了貯氫合金中的氫與氧氣結合發生了電化學反應。

關鍵詞：一體式可再生燃料電池；鎳粉；貯氫合金；電化學性能

中圖分類號：TF044 文獻標志碼：A

文章編號：1004-7638（2003）03-0005-04

Abstract： The modified unitized regenerative fuel cell （M-URFC）with the hydrogen storage alloy milled with Ni catalyst was investigated. And the discharge performances of the cell are compared in two charging ways， namely， electrochemical and gas-solid hydrogenation. The specific discharge capacity of M-URFC with gas-solid hydrogenation methods at a discharge current density of 0.008 mA/cm2 is 47 mA·h/g. In order to study the micro-electrochemical process of cell using gas-solid hydrogenation method， the Linear sweep voltammetry and Electrochemical Impedance Spectroscopy were carried. The linear sweep voltammetry curve of the system only displays one reduction peak at 0.75 V. The discharge curve， LSV curves and EIS spectrum of hydrogenated M-URFC indicate that the hydrogen and oxygen in hydrogen storage alloy combine to form electrochemical reaction. But the cell cannt charge or discharge by electrochemical methods.

Keywords：unitized regenerative fuel cell；nickel powder；hydrogen storage alloy；electrochemical performance

能源是人類生存和發展的基礎[1-2]。根據《BP世界能源統計年鑒（2013年6月）》的數據可知，一次能源消費從1900年的911 Mtoe（million tonnes of oil equivalent，百萬噸油當量）增長到了2012年的

12 476.6 Mtoe，其中石油仍然是世界主要燃料，占全球能源消費量的33.1%。就我國而言，煤炭是主要的燃料，占我國能源消費量的66.9%，其次是石油（18.9%）。由于化石燃料的燃燒要產生大量二氧化碳，因此這些傳統能源給人類帶來能源的同時也帶來了環境污染等問題。為了實現可持續發展，提高能源利用效率和研發新型清潔能源是關鍵。將質子交換膜燃料電池和質子交換膜電解槽合二為一的質子交換膜型的一體式可再生燃料電池（URFC）既解決了能源利用效率的問題，又解決了新型清潔能源的問題，是實現可持續發展的最佳途徑之一[3-6]。但URFC的應用存在氫氣貯存的問題[7]。

為了解決該問題，2014年，Andrews等[8]將貯氫合金引入到質子交換膜型燃料電池中制成了改進的一體式燃料電池。……