推動(dòng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)程 質(zhì)子交換膜燃料 電池研究獲突破

近日,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組與美國(guó)阿克倫大學(xué)彭振猛教授、上海應(yīng)用物理研究所司銳教授合作,在質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑研制方面取得重要進(jìn)展。研究人員基于集團(tuán)效應(yīng)設(shè)計(jì)出一種銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑,在燃料電池陰極氧化還原反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性,從而能夠大幅節(jié)省貴金屬鉑的用量,推動(dòng)了該清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。該成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》雜志上。

質(zhì)子交換膜燃料電池電源是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源,具有工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為電動(dòng)汽車(chē)、固定發(fā)電站等的首選能源。該技術(shù)研發(fā)數(shù)十年,一直未能大范圍推廣,除存在穩(wěn)定性、耐久性等問(wèn)題,高昂成本也是商業(yè)化的瓶頸。

此前,許多已報(bào)道的鉑基催化劑穩(wěn)定性往往并不可觀,這主要是因?yàn)楦叩馁|(zhì)量活性所依賴的催化劑納米結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性通常存在問(wèn)題,因此很難同時(shí)兼具高質(zhì)量活性和優(yōu)良的穩(wěn)定性。

針對(duì)這一難題,研究人員借助于原子級(jí)別精細(xì)合成技術(shù),一方面,通過(guò)提高鉑基催化劑中的鉑原子的分散度來(lái)實(shí)現(xiàn)高的質(zhì)量活性,另一方面,通過(guò)調(diào)節(jié)鉑基催化劑的維度以及引入銠原子來(lái)增強(qiáng)鉑基催化劑的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)并合成出了一種銠原子摻雜的鉑超細(xì)納米線催化劑。研究結(jié)果表明,這種新型催化劑的質(zhì)量活性和比活性分別達(dá)到了商用鉑碳催化劑的7.8倍和5.4倍;同時(shí),該催化劑在氧氣氣氛下循環(huán)使用1萬(wàn)次后,只損失了9.2%的質(zhì)量活性,遠(yuǎn)超目前商用鉑碳催化劑在同等情況下,質(zhì)量活性性能損失達(dá)72.3%的指標(biāo)。