燃料电池 催化剂

【专家解说】：高分子固体电解质型燃料电池（PEFC）、直接甲醇型燃料电池（DMFC）z中，使用铂（Pt）作为催化剂材料。通过在铂的表面吸附氢分子后在吸附点由分子分裂成原子状态，在低温下也容易产生反应。 铂为稀有金属，属于有限资源，因此为了有效利用，需要考虑： （1）铂材料本身进行改进：通过减小催化剂的粒径、使其均一分散来扩大有助于反应的表面面积。目前铂粒子的直径已经减小到了2～3nm左右。不过，减小粒径后，就会产生粒子间容易凝集而无法扩大表面面积的问题。因此，通过纳米技术将铂分散在碳等支撑材料上来使其稳定的技术是一个值得研究的解决方案。 （2）对催化剂结构的改进：一般均采用减小催化剂厚度的方法。催化剂通常采用的制造方法是，首先将铂粒子与碳黑（Carbon Black，以下简称碳）水溶液混合，然后通过加热还原在碳粒子上析出、负载铂。最后再将其分散在高分子电解质溶液中来进行涂布，这样便形成了催化剂。这时，为了只在催化剂表面发生反应而内部不参与反应，通过减小催化剂的厚度便可提高反应性。 （3）在催化剂构造上，另一个方法是采用不让铂粒子进入高分子电解质结构内部的技术。这样，改变催化剂制造顺序，在碳粒子表面形成高分子电解质膜后浸渍铂离子溶液等方法就被开发了出来。 （4）改进铂材料：催化剂电极分为阴极（空气极）及阳极（氢极），其中，阴极的损失尤其严重。这是因为阳极在H2催化剂上的氧化反应速度快而在阴极反应较慢。阳极虽然很少因活性极化而使性能降低，不过仍存在其它问题。在对甲烷及甲醇进行改质、使其生产氢的时候就会产生一氧化碳（CO）。一氧化碳会降低催化剂的性能（一氧化碳中毒），降低电压。 为了解决以上问题，可以考虑通过铂与其它金属形成合金来制造催化剂。目前大多采用铂与钌（Ru）的合金来解决，另外最近又有人提出添加钛(Ti)的方案。 （5）可以研究铂以外的新材料，氧化钼、钴(Co)及有机络化物等的研究正在进行之中，不过目前还没有大的进展。 总之，燃料电池技术目前还很不成熟，如果你有兴趣可以多加研究，其中一些方向如果取得进展是有可能产生诺贝尔奖的。