燃料電池 催化劑

【專家解說】：高分子固體電解質(zhì)型燃料電池（PEFC）、直接甲醇型燃料電池（DMFC）z中，使用鉑（Pt）作為催化劑材料。通過在鉑的表面吸附氫分子后在吸附點(diǎn)由分子分裂成原子狀態(tài)，在低溫下也容易產(chǎn)生反應(yīng)。 鉑為稀有金屬，屬于有限資源，因此為了有效利用，需要考慮： （1）鉑材料本身進(jìn)行改進(jìn)：通過減小催化劑的粒徑、使其均一分散來擴(kuò)大有助于反應(yīng)的表面面積。目前鉑粒子的直徑已經(jīng)減小到了2～3nm左右。不過，減小粒徑后，就會產(chǎn)生粒子間容易凝集而無法擴(kuò)大表面面積的問題。因此，通過納米技術(shù)將鉑分散在碳等支撐材料上來使其穩(wěn)定的技術(shù)是一個(gè)值得研究的解決方案。 （2）對催化劑結(jié)構(gòu)的改進(jìn)：一般均采用減小催化劑厚度的方法。催化劑通常采用的制造方法是，首先將鉑粒子與碳黑（Carbon Black，以下簡稱碳）水溶液混合，然后通過加熱還原在碳粒子上析出、負(fù)載鉑。最后再將其分散在高分子電解質(zhì)溶液中來進(jìn)行涂布，這樣便形成了催化劑。這時(shí)，為了只在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)而內(nèi)部不參與反應(yīng)，通過減小催化劑的厚度便可提高反應(yīng)性。 （3）在催化劑構(gòu)造上，另一個(gè)方法是采用不讓鉑粒子進(jìn)入高分子電解質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的技術(shù)。這樣，改變催化劑制造順序，在碳粒子表面形成高分子電解質(zhì)膜后浸漬鉑離子溶液等方法就被開發(fā)了出來。 （4）改進(jìn)鉑材料：催化劑電極分為陰極（空氣極）及陽極（氫極），其中，陰極的損失尤其嚴(yán)重。這是因?yàn)殛枠O在H2催化劑上的氧化反應(yīng)速度快而在陰極反應(yīng)較慢。陽極雖然很少因活性極化而使性能降低，不過仍存在其它問題。在對甲烷及甲醇進(jìn)行改質(zhì)、使其生產(chǎn)氫的時(shí)候就會產(chǎn)生一氧化碳（CO）。一氧化碳會降低催化劑的性能（一氧化碳中毒），降低電壓。 為了解決以上問題，可以考慮通過鉑與其它金屬形成合金來制造催化劑。目前大多采用鉑與釕（Ru）的合金來解決，另外最近又有人提出添加鈦(Ti)的方案。 （5）可以研究鉑以外的新材料，氧化鉬、鈷(Co)及有機(jī)絡(luò)化物等的研究正在進(jìn)行之中，不過目前還沒有大的進(jìn)展。 總之，燃料電池技術(shù)目前還很不成熟，如果你有興趣可以多加研究，其中一些方向如果取得進(jìn)展是有可能產(chǎn)生諾貝爾獎的。