新型催化劑實現(xiàn)燃料電池長久循環(huán)穩(wěn)定性

中國科學技術(shù)大學吳長征教授實驗課題組與吳恒安教授理論計算課題組合作，合成了超小尺寸的鉑基金屬間化合物電催化劑。基于該催化劑組裝的質(zhì)子交換膜燃料電池，在3萬次循環(huán)耐久性測試后，仍然能維持81.5%的放電功率，實現(xiàn)了燃料電池的高功率放電和長久循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)成果日前發(fā)表于美國《國家科學院院刊》。

相對于其他種類電池，質(zhì)子交換膜燃料電池具有放電功率大、無污染等優(yōu)勢，其中陰極氧還原反應是電池全反應的速控步驟。鉑基金屬間化合物因其長程有序結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定性上有著天然優(yōu)勢，是下一代燃料電池商用氧還原催化劑體系。當前，鉑基金屬間化合物依然存在顆粒尺寸較大等問題，導致鉑利用率和質(zhì)量活性降低，成為制約燃料電池性能提升的關(guān)鍵瓶頸問題之一。

針對這一挑戰(zhàn)，吳長征團隊合成了系列具有2 nm左右超小尺寸鉑基金屬間化合物顆粒。由超小尺寸鉑鈷金屬間化合物顆粒組裝的質(zhì)子交換膜燃料電池，比基于商業(yè)鉑碳催化劑的燃料電池功率密度高出530 mW/cm2。在耐久性測試中，超小尺寸的鉑鈷顆粒在3萬次循環(huán)后質(zhì)量活性依然可以達到0.75 A/mg。同時，位于介孔碳內(nèi)部的鉑基金屬間化合物顆粒有利于燃料電池工況下三相界面優(yōu)化。理論計算表明，介孔內(nèi)部可以高效完成質(zhì)子和氧氣的傳輸并實現(xiàn)動態(tài)平衡，大大降低了電池傳質(zhì)阻力，同時防止了離聚物對電池催化劑的毒化作用。

基于超小尺寸鉑基金屬間化合物，該項研究從納米到介觀尺度系統(tǒng)優(yōu)化了催化劑在燃料電池膜電極中的結(jié)構(gòu)設計并實現(xiàn)了高性能表達，為燃料電池陰極催化材料研發(fā)提供了新思路。

（來源：光明網(wǎng)）

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