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新型催化劑燃料電池實現3萬次循環高功率放電
作者:官方
來源:科技日報
所屬欄目:科技創新
發布時間:2021-08-30 16:25
[ 導讀 ]記者從中國科技大學吳教授的實驗研究小組長征化學與材料科學學院的和吳教授的理論計算研究小組恒安集團的現代機械工程學院的科學...
有記者從中國科技大學吳教授的實驗研究小組長征化學與材料科學學院的和吳教授的理論計算研究小組恒安集團的現代機械工程學院的科學合作用電催化劑合成了超小尺寸鉑金屬間化合物。基于該催化劑組裝的質子交換膜燃料電池經過30000次循環耐久性試驗仍能保持81.5%的放電功率，實現了燃料電池的高功率放電和長期循環穩定性，揭示了電池三相界面傳質機理。研究結果發表在《美國國家科學院院刊》上。
與其他類型的電池相比，質子交換膜燃料電池具有放電功率高、無污染的優點，其中陰極氧還原反應是電池整個反應的速度控制步驟。鉑基金屬間化合物由于其長期有序結構，在穩定性方面具有天然優勢，是下一代商用燃料電池氧還原催化劑體系。目前鉑類間化合物仍存在粒徑大等問題，導致鉑的利用率和質量活性降低，已成為制約燃料電池性能提高的關鍵瓶頸之一。
為了應對這一挑戰，吳長征教授的團隊合成了一系列尺寸約為2納米的超小鉑基金類間化合物顆粒。由超小Pt3Co金屬間化合物顆粒組裝而成的燃料電池，功率密度比商用燃料電池高530毫瓦/cm2。在耐久性測試中，經過30000次循環后，超小金屬間化合物顆粒的質量活性仍然可以達到0.75安培/mg。同時，位于介孔碳中的鉑基金金屬間化合物顆粒有利于燃料電池條件下三相界面的優化。理論計算表明，質子和氧可以在介孔內部高效、動態平衡地傳遞，大大降低了電池的傳質阻力，防止了離子異構體對電池催化劑的毒性作用。
該研究結果優化了燃料電池膜電極中催化劑的結構設計和高性能表達，從納米到介觀尺度體系，為燃料電池陰極催化材料的制備提供了新的思路。
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