科技改變生活 · 科技引領未來
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質子交換膜燃料電池相對于其他種類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，因其長程有序結構在穩(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，導致鉑利用率和質量活性降低，成為制約燃料電池性能提升的關鍵瓶頸問題之一。
針對這一挑戰(zhàn)，吳長征教授團隊合成了系列具有2納米左右超小尺寸鉑基金屬間化合物顆粒。由超小尺寸Pt3Co金屬間化合物顆粒組裝出燃料電池，比商業(yè)化燃料電池的功率密度高出530毫瓦/平方厘米。在耐久性測試中，超小尺寸的金屬間化合物顆粒在3萬圈循環(huán)后質量活性依然可以達到0.75安培/毫克。同時，位于介孔碳內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，介孔內部可以高效地完成質子和氧氣的傳輸并實現動態(tài)平衡，大大降低電池傳質阻力，同時防止離聚物對電池催化劑的毒化作用。
這項研究成果從納米到介觀尺度系統優(yōu)化了催化劑在燃料電池膜電極中的結構設計并實現高性能表達，為燃料電池陰極催化材料提供了新思路。
張書東