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新型催化剂燃料电池实现3万次循环高功率放电
作者:官方
来源:科技日报
所属栏目:科技创新
发布时间:2021-08-30 16:25
[ 导读 ]记者从中国科技大学吴教授的实验研究小组长征化学与材料科学学院的和吴教授的理论计算研究小组恒安集团的现代机械工程学院的科学...
有记者从中国科技大学吴教授的实验研究小组长征化学与材料科学学院的和吴教授的理论计算研究小组恒安集团的现代机械工程学院的科学合作用电催化剂合成了超小尺寸铂金属间化合物。基于该催化剂组装的质子交换膜燃料电池经过30000次循环耐久性试验仍能保持81.5%的放电功率，实现了燃料电池的高功率放电和长期循环稳定性，揭示了电池三相界面传质机理。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。
与其他类型的电池相比，质子交换膜燃料电池具有放电功率高、无污染的优点，其中阴极氧还原反应是电池整个反应的速度控制步骤。铂基金属间化合物由于其长期有序结构，在稳定性方面具有天然优势，是下一代商用燃料电池氧还原催化剂体系。目前铂类间化合物仍存在粒径大等问题，导致铂的利用率和质量活性降低，已成为制约燃料电池性能提高的关键瓶颈之一。
为了应对这一挑战，吴长征教授的团队合成了一系列尺寸约为2纳米的超小铂基金类间化合物颗粒。由超小Pt3Co金属间化合物颗粒组装而成的燃料电池，功率密度比商用燃料电池高530毫瓦/cm2。在耐久性测试中，经过30000次循环后，超小金属间化合物颗粒的质量活性仍然可以达到0.75安培/mg。同时，位于介孔碳中的铂基金金属间化合物颗粒有利于燃料电池条件下三相界面的优化。理论计算表明，质子和氧可以在介孔内部高效、动态平衡地传递，大大降低了电池的传质阻力，防止了离子异构体对电池催化剂的毒性作用。
该研究结果优化了燃料电池膜电极中催化剂的结构设计和高性能表达，从纳米到介观尺度体系，为燃料电池阴极催化材料的制备提供了新的思路。
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