新技术有效提高燃料电池中铂利用率
- 2013-07-05 16:19:091208
低温燃料电池，如质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池，由于具有环境友好、快速启动、无电解液流失、寿命长、功率密度和能量密度高等优点，在电动汽车动力电源、移动电源、微型电源及小型发电装置等方面显示出广阔的应用前景。
燃料电池的阴极氧还原反应是燃料电池电催化反应的速度控制步骤，燃料电池氧还原催化剂是燃料电池电催化研究的热点之一。目前，含铂催化剂是性能好、使用广泛的低温燃料电池氧还原催化剂，铂金属价格昂贵、资源紧缺制约低温燃料电池商业化进程。
铂催化剂具有比较大的表面积，具有很强的吸附性，通常用作催化剂的铂金属只有表面的原子可起作用，表面之下的其他原子不具有作为催化剂的功能，铂的有效利用率只有10%至20%。通过减小铂粒径，增加铂的比表面积，可大大提高每个铂原子的使用效率。
近年来，由于催化剂和膜电极制备技术的进步，Pt的使用量从10~50g·m-2降低到了目前的1～10g·m-2，催化剂中Pt的粒径从约10nm降低到现在的1~3nm。据《科学报告》杂志报道，在麦克马斯特大学、CLS同步加速器、巴拉德动力系统公司的通力合作下，研究人员开发出一种利用原子层沉积（ALD）的新方法，将昂贵的铂金属分解成纳米粒子（平均粒径1~2nm）并负载在石墨烯上，得到ALDPt/GNS催化剂。采用该催化剂进行甲醇催化氧化，与ETEK公司商品化的Pt/C催化剂相比，在同样的铂负载量情况下，可显著减小其过电位，电流密度可达到其9.5倍，并能够更好地抑制CO中毒，该技术将大大提高催化剂中铂的利用率。
这种表面科学技术可用于对化合物进行沉积，创建单原子催化剂。通常用作催化剂的铂金属是非常昂贵的，但其只有表面的原子可起作用。该技术已基本可以将铂分解成“尽可能小”的部分，从而使其表面积得到大化。