低溫燃料電池電催化劑

1、基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(50472103資助。作者簡(jiǎn)介:張姝(1972,女,講師,碩士,主要從事材料和環(huán)境分析。0前言目前大中城市大氣污染的罪魁禍?zhǔn)?當(dāng)屬汽車(chē)。在汽車(chē)行業(yè)迅猛發(fā)展的中國(guó),為了人居環(huán)境、國(guó)家能源安全以及跟上世界汽車(chē)工業(yè)前進(jìn)步伐,我們必須大力進(jìn)行燃料電池電動(dòng)汽車(chē)(FCEV 的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究。因?yàn)槿剂想姵夭坏鍧崯o(wú)污染,而且能量轉(zhuǎn)化效率也比傳統(tǒng)化石燃料高許多。作為FCEV 核心部件的燃料電池,為了滿足FCEV 快速啟動(dòng)、起燃溫度低的要求,燃料電池多采用堿性燃料電池(AFC 、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC 或者直接甲醇燃料電池(DMFC ;氧化劑一般用純O 2或空氣,燃料可以

2、是H 2或甲醇。實(shí)際工作時(shí)的燃料電池是在有一定的電流和過(guò)電位下運(yùn)行的,由于過(guò)電位,尤其是陰極過(guò)電位的存在,使得實(shí)際電池電動(dòng)勢(shì)大大下降,極大地影響了電池的性能。在氫氧燃料電池中,一般要求電池的工作電流密度在200mA/cm 2左右,電池工作電壓高于0.75V ,但是,若不采用電催化劑,在同樣的工作電流密度下,電池的工作電壓僅為0.5V ,電壓效率及電池輸出功率將損失約33%1。因此良好的電極催化劑的作用就顯得尤其重要。本文主要評(píng)述電極催化材料的最新進(jìn)展。1堿性燃料電池電催化劑堿性燃料電池(AFC 不使用價(jià)格昂貴的質(zhì)子交換膜,也可以不使用貴金屬催化劑,因此它是汽車(chē)用燃料電池發(fā)展的一個(gè)重要方向2。1

3、.1陽(yáng)極催化材料AFC 的陽(yáng)極主要有2種類(lèi)型:由近H 2側(cè)的粗孔、近液側(cè)的細(xì)孔為特征的雙孔結(jié)構(gòu)型和以憎水的聚四氟乙烯黏合催化劑粉末為特征的黏合型。它們所采用的催化劑是共通的。選擇AFC 的陽(yáng)極催化劑,首要條件是該材料對(duì)H 2氧化有良好的電催化活性,其次是該材料能在較濃的KOH 溶液中長(zhǎng)期穩(wěn)定地存在。而載體通常采用導(dǎo)電性良好、價(jià)格低廉的活性炭。1.1.1貴金屬催化劑Pt/C 催化劑是最成熟的陽(yáng)極催化劑,在20世紀(jì)70年代至80年代早期,人們采用高擔(dān)載量的Pt 和Pd 作催化劑以提升性能,如國(guó)際燃料電池公司(IFC 采用的AFC 陽(yáng)極含貴金屬10mg/cm 2(Pt80%,Pd20%。而現(xiàn)在的貴金

4、屬擔(dān)載量已降低了20100倍。Kiros 等人對(duì)Pt-Pd 二元催化劑與采用非貴金屬的Raney Ni 催化劑的性能作了比較研究3。Pt-Pd 催化劑采用Johnson Matthey 公司的含Pt 和Pd 各10%的炭載催化劑,Raney Ni 催化劑采用Degussa 公司的摻有Cr 和Fe 的BLM-112型顆粒產(chǎn)品。將它們制成幾何面積4cm 2的電極,點(diǎn)焊上Ni 導(dǎo)線,浸于6MKOH 溶液中,通入高純H 2,這就構(gòu)成了半電池,分別在55和60下測(cè)試。對(duì)電極采用Ni 絲網(wǎng),參比電張姝謝永紅(四川師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院四川成都610068摘要:低溫燃料電池具有起燃溫度低、能快速啟動(dòng)的優(yōu)

5、點(diǎn)。綜述國(guó)內(nèi)外AFC 、PEMFC 、DMFC 等3種低溫燃料電池的電催化劑的研究進(jìn)展。為達(dá)到商業(yè)化目的,這3種電催化劑材料尚需要作較大的突破,對(duì)于貴金屬催化劑,應(yīng)大力開(kāi)發(fā)與貴金屬?gòu)?fù)合的多元催化劑,提高貴金屬利用率,降低貴金屬擔(dān)載量,并進(jìn)一步增強(qiáng)其抗CO 中毒能力。關(guān)鍵詞:低溫燃料電池堿性燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池直接甲醇燃料電池電催化材料中圖分類(lèi)號(hào):TM911.46文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-9064(200602-0057-05低溫燃料電池電催化劑CN35-1272/TK極為Hg/HgO電極。在100mA/cm2電流密度下運(yùn)行3600h,穩(wěn)態(tài)伏安曲線顯示,Raney Ni催化劑有很好

6、的初活性,但是隨后其性能一直下降,這是因?yàn)殡姌O內(nèi)部的小孔的可濕性增加(嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電極“淹死”,以及持續(xù)的鈍化過(guò)程導(dǎo)致活性物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。而Pt-Pd催化劑則在性能和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)良好,只是在電極剛開(kāi)始工作的前段,因催化劑的形態(tài)和尺寸變化,導(dǎo)致極化電阻增加,但在640h后完全穩(wěn)定。中科院大連化物所早在20世紀(jì)70年代研制出的堿性石棉膜型氫氧燃料電池就采用Pt-Pd/C催化劑,考慮到Pd對(duì)H2的強(qiáng)吸附能力和Pt對(duì)H2電化學(xué)氧化的高催化活性,采用1:1的質(zhì)量比,電池組的工作電流密度達(dá)107mA/cm2,單電池電壓約850mV4。1.1.2鎳基催化劑如果不采用貴金屬,AFC的陽(yáng)極一般采用Ni及

7、其合金作催化劑。自從1969年F.T.Bacon5提出采用Raney Ni制備雙孔結(jié)構(gòu)電極以來(lái),后人在其基礎(chǔ)上做了很多改進(jìn)。Raney Ni其實(shí)是將Ni與鋁按1:1的比例形成的合金用飽和KOH溶液將鋁溶解后形成多孔結(jié)構(gòu)。為了保證電極的透液阻氣性,近氣側(cè)的孔徑30m,而近液側(cè)孔徑16m,電極厚度約為1.6mm。只要控制反應(yīng)氣體與電解液壓差在一定范圍內(nèi),就可有效地將反應(yīng)區(qū)穩(wěn)定在粗孔層內(nèi)。但是在氧化H2的反應(yīng)中,如果單純使用Ni,其活性比Pt約低了3個(gè)數(shù)量級(jí),改進(jìn)的辦法是加入助催化劑。中國(guó)船舶公司的張富利6使用Co、Cu、Bi、Cu2O聯(lián)合助催化劑,加入Raney Ni中,做成工作電極,浸于7M的K

8、OH溶液中,以Hg/HgO作參比電極,Ni網(wǎng)作對(duì)電極,在100mA/cm2的電流密度下發(fā)電。結(jié)果表明, H2電極的過(guò)電位大大下降,其助催化劑的配方為: Co1%,Cu6%,Bi2%,Cu2O9%。Raney Ni一旦與O2接觸就會(huì)被氧化、發(fā)熱而失活,為了提高Raney Ni的活性和穩(wěn)定性,通常的做法是在KOH溶解Ni-Al合金中的Al之前往合金中加入少量過(guò)渡金屬,如Ti、Cr、Fe、Mo等7。為了防止其對(duì)H2中混入的O2的耐受性,原嶋孝一在Raney Ni中添加1%2%的Zr,或再添加5%的Fe,伏安特性曲線顯示電極性能與使用單純Raney Ni的電極性能相差不大8。1.1.3合金和多金屬催化

9、劑合金或多金屬催化劑一般都是將貴金屬與非貴金屬合用,一方面是可以進(jìn)一步提高陽(yáng)極活性,另一方面則是為了提高貴金屬催化劑的抗CO中毒的能力,當(dāng)然大部分情況下還可降低成本。Pt-Ru/C是研究得最多,也最成功的抗CO電催化劑。它通過(guò)Pt和Ru的協(xié)同作用降低CO的氧化電勢(shì),使電池在CO存在的情況下性能明顯提高,但在以純H2為燃料時(shí),Pt-Ru/C催化劑的活性明顯低于Pt催化劑9。S.J Lee等人隨后又發(fā)現(xiàn)Pt-Sn/C催化劑的抗CO 水平與Pt-Ru/C相近10,但是當(dāng)操作溫度高于85時(shí)Pt-Sn/C催化劑變得不穩(wěn)定,而且在電極電位超過(guò)600mV時(shí),該合金會(huì)發(fā)生燒結(jié)現(xiàn)象。Sanjeev M等人研究了

10、Pt-Mo/C催化劑的性能,并與Pt/C、Pt-Ru/C作了比較,當(dāng)H2中含100ppm的CO,Pt:Mo=3:1其抗CO性能不僅比Pt/C催化劑高,甚至還是Pt-Ru/C的3倍。此外,A.C.C.Tseungh等人對(duì)WO3加入催化劑的情況進(jìn)行了研究,證實(shí)了由于WO3的加入使Pt-WO3/C及Pt-Ru-WO3/C對(duì)H2/CO及甲醇的氧化的催化活性都有明顯的提高。有專(zhuān)利報(bào)道了幾種三組分催化劑的制法:Pt-Co-W/C、Pt-Co-Mo/C、Pr-Ni-W/C、Pt-Mn-W/C、Pt-Ru-Nb/C,并且經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明這幾種催化劑對(duì)H2/CO的活性都高于Pt-Ru/C。1.1.4氫化物電催化劑AB

11、5型稀土合金儲(chǔ)氫材料具有在室溫下可逆吸放氫的優(yōu)良性能,將其作為陽(yáng)極H2氧化的催化劑,在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)其初活性很好,但很快活性就下降了,根本不能使用。Wei-Kang.Hu等人接下來(lái)設(shè)法提高了以稀土元素為主的金屬氫化物的性能,主要在電極的制備上取得了進(jìn)展,將這種催化劑粉化成530nm的顆粒,然后再和炭黑、PTEE混合在一起,輾壓制成雙層氣體擴(kuò)散電極,該電極在55的30%KOH溶液中穩(wěn)定存在,進(jìn)行半電池實(shí)驗(yàn),在4050mA/cm2的電流密度下可穩(wěn)定運(yùn)行1600h,其電池容量達(dá)320330mAh/ g。1.1.5基于納米材料的電催化劑Chatterjee A.K用負(fù)載碳納米珠的多孔陶瓷做氫電極催化劑的載

12、體,碳納米珠呈石墨態(tài),導(dǎo)電性好。在該載體上可以涂覆Pt,Ni,Co,Fe等多種催化劑。這樣制得的電催化劑具備必需的強(qiáng)度和阻液透氣的孔隙度。對(duì)涂覆不同金屬的氫電極進(jìn)行伏安特性曲線測(cè)試和計(jì)時(shí)電位分析,結(jié)果顯示Pt、Ni電極在30%KOH 中可以給出-0.998V和-0.956V的電勢(shì),約為理論值的93%,最高電流密度可達(dá)272mA/cm2和260mA/ cm2。N.Rujalakshmi等人采用直流電弧放電法制備單壁碳納米管(SWNTs,并在300下加熱24h純化,然后在60下的濃硝酸中處理12h,以打開(kāi)碳納米管的端帽。這樣處理過(guò)后的碳納米管將具有類(lèi)似于金屬氫化物很高的催化活性。用10mg SWN

13、Ts與銅粉按1:3的比例混合,用PTEE聯(lián)結(jié),做成幾何面積2cm2的工作電極,以Pt電極為對(duì)電極,飽和甘汞電極為參比電極組成三電極體系,用30%的KOH作電解質(zhì),采用計(jì)時(shí)電位法、控制電位為庫(kù)侖法和CV測(cè)試該單壁碳納米管電化學(xué)性能。該電極充電容量可達(dá)800mAh/g,經(jīng)過(guò)50次的充放電后,其儲(chǔ)氫能力-電容量趨于穩(wěn)定,10mA恒流放電,電勢(shì)-600mV,庫(kù)侖效率85%。1.2陰極催化劑AFC的陰極除了用貴金屬Pt、Pd外,多用Ag作催化劑,研究的重點(diǎn)在電極的催化材料和制備工藝上,且對(duì)陰極的研究比對(duì)陽(yáng)極的研究多。原因在于:除了少數(shù)貴金屬外,大多數(shù)金屬及合金在O2還原電位下是不穩(wěn)定的;O2電極過(guò)程的交

14、換電流密度低,室溫下只有10-10A/cm2(同樣條件下,H2的交換電流密度達(dá)10-410-1A/cm2;O2還原過(guò)程的中間產(chǎn)物存在著強(qiáng)吸附。所以揭示氧還原機(jī)理、探索新型陰極催化材料、降低陰極過(guò)電位、提高陰極催化劑還原活性等一直是各類(lèi)燃料電池研究中的熱點(diǎn)。1.2.1基于貴金屬的陰極催化劑對(duì)O2還原反應(yīng)的催化活性最高的材料仍是Pt,也出現(xiàn)了各種基于Pt的雙金屬和3金屬催化劑。1.2.2銀基催化劑Ag是AFC中研究得最多的非貴金屬催化劑。在KOH溶液中,Ag可以使O2迅速分解、還原,活性較高,因此在堿性、低溫的條件下,可作為Pt的替代物。Raney Ni摻雜Ag或者Ag摻雜Bi、Ni、Ti的都有人

15、做,但是需要大量的Ag來(lái)提高催化活性。為了減少Ag的用量,Hong-Ki Lee將Ag負(fù)載到炭黑上,為了提高其O2還原能力,又制作了Ag-Mg/C氣體擴(kuò)散電極,與Ag/C、Pt/C電極的電化學(xué)性能作比較可以看出,含銀量為30%的Ag/C電極運(yùn)行2h后電流密度達(dá)到最大,與Pt/C(含Pt10wt%電極相當(dāng);而Ag-Mg (3:1/C的性能最佳,在300mV放電,電流密度達(dá)到了240mA/cm2。滕加偉等得到的一個(gè)優(yōu)良的非貴金屬催化劑配方為:Ag:Ni:Bi:Hg為50:2:3:3(質(zhì)量比,在100mA/cm2放電5200h,穩(wěn)定電位僅衰減了50mV。1.2.3基于碳納米管的電催化劑Guangli

16、 Che等以乙烯作為前驅(qū)體,用化學(xué)氣相沉積法(CVD合成了直徑20nm的單壁碳納米管,并構(gòu)成60m厚,孔隙度為60%的薄膜。然后在該薄膜上沉積Pt的納米顆粒,或者不沉積Pt直接將其用5%的Nafion溶液粘于表面積為0.07cm2的玻炭電極上,作為燃料電池的陽(yáng)極。將電極浸于0.05M的硫酸溶液中,通入O2并保持飽和,用循環(huán)伏安法(CV測(cè)試所得的兩種電極性能:粘CNTs薄膜的玻炭電極;粘CNTs薄膜并沉積Pt的玻炭電極。結(jié)果顯示:上幾乎沒(méi)有O2的還原反應(yīng)發(fā)生;上的出現(xiàn)了很大的Pt催化還原O2的特征波峰。Britto等人為了研究多壁碳納米管作為陰極催化劑的效果,在pH值為2的硫酸溶液中通入O2,測(cè)

17、試了4種陰極的極化曲線:多壁碳納米管;沉積了少量Pd(0.08mg/cm2的多壁碳納米管;普通石墨電極;商品Pt/C電極。4者的交換電流密度分別為6.3×10-4A/cm,36.6×10-4A/cm,1.2×10-4A/cm和1.09×10-4A/cm,即反應(yīng)速度以多壁碳納米管陰極為大,都比普通石墨電極和商品化的Pt/C電極高,特別是沉積了少量Pd后,催化活性大大提高。2質(zhì)子交換膜燃料電池電催化劑PEMFC使用的電催化劑至今仍以Pt為主,擔(dān)載CN35-1272/TK體多為乙炔炭黑?，F(xiàn)在研究方向主要集中在如何降低Pt擔(dān)量和提高載體的性能上,即如何獲得更大的

18、Pt 利用率和載體表面積、質(zhì)子傳導(dǎo)率等。2.1陽(yáng)極催化劑在抗CO催化劑的研究方面,Papageorgopoulos 等人用CV研究了Pt-M x/C(M:Mo,Nb,Ta型的二元催化劑和Pt-Ru-M y/C(M:Mo,Nb型的三元催化劑的抗CO性能,發(fā)現(xiàn)Mo、Nb、Ta的加入都可以使CO在Pt 上發(fā)生氧化從而增加其抗毒性。如當(dāng)M為Mo,且Pt: Mo為4:1時(shí),CO的氧化電位最低,在80時(shí)接近0V 就可以把CO氧化。但是,除了在Pt-Ru/C中加入很少量的Mo形成的三元催化劑外,這些二元催化劑的催化活性都比Pt/C的性能差了。2.2陰極催化劑PEMFC的陰極仍以Pt族催化劑為主。Sanjee

19、v Mukerjee等對(duì)Pt-Ni/C,Pt-Co/C,Pt-Cr/C在PEMFC 中對(duì)電極動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響進(jìn)行了考察。合金顆粒的粒度為3.57.5nm,其中Pt擔(dān)量都是0.2mg/cm2。在電池溫度為95、反應(yīng)氣壓力為0.5MPa時(shí)對(duì)電極的動(dòng)力學(xué)參數(shù)、活化能、反應(yīng)級(jí)數(shù)、催化劑電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了考查。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,在開(kāi)路電壓、Tafel斜率、電池內(nèi)阻、交換電流密度等電極參數(shù)方面,3種合金催化劑都全面優(yōu)于純Pt催化劑。在載體預(yù)處理方面,Nengyou.Jia等的研究表明,通過(guò)用濃硝酸預(yù)處理載體炭黑(Vulcan XC-72后,陰極的活性大大提高。但是進(jìn)一步用組裝的半電池在1MH2SO4溶液中

20、做電化學(xué)實(shí)驗(yàn),通過(guò)極化曲線、CV和EIS(交流阻抗測(cè)定,表明兩種預(yù)處理方式:炭黑先沉積Pt后再用濃硝酸浸泡處理和先用濃硝酸浸泡處理炭黑后再沉積Pt得到的兩種電極催化劑的性能是不一樣的,前者的性能更佳,比Electrosynthesis公司生產(chǎn)的商品電極還好。IR譜表明,經(jīng)濃硝酸預(yù)處理炭黑后其表面羧基基團(tuán)大大增多,從而有利于質(zhì)子傳遞;另一方面,隨后負(fù)載上去的Pt的顆粒更小,特別是先沉積Pt再處理炭黑可大大改善對(duì)Pt的利用,從而使其性能最優(yōu)。3直接甲醇燃料電池電催化劑DMFC是在PEMFC的基礎(chǔ)上發(fā)展的。在PEMFC 的商業(yè)化進(jìn)程中,H2的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和運(yùn)輸存在很多問(wèn)題。與氣體燃料相比,甲醇易于儲(chǔ)備

21、和運(yùn)輸,具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率,反應(yīng)產(chǎn)物主要為水和少量CO2。DMFC被認(rèn)為是十分理想的可移動(dòng)電源或者小型化電源。因此從20世紀(jì)末起,DMFC成為研究與開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。DMFC發(fā)展需要解決的難題有:(1尋找甲醇氧化的高效催化劑,使交換電流密度至少大于10-5A/cm2;(2減少甲醇及中間產(chǎn)物(如CO、CHO對(duì)催化劑的毒性,使運(yùn)行千小時(shí)電壓降小于10mV;(3防止甲醇通過(guò)濃差擴(kuò)散和電遷移由膜的陽(yáng)極側(cè)向陰極側(cè)轉(zhuǎn)移(甲醇滲透;(4尋找對(duì)甲醇呈現(xiàn)惰性的陰極氧還原催化劑。3.1陽(yáng)極催化劑3.1.1基于Pt的金屬催化劑甲醇的氧化是一個(gè)失去6個(gè)電子的反應(yīng),實(shí)際上該反應(yīng)很復(fù)雜,但可以簡(jiǎn)單地分為兩步:甲醇吸附到電極

22、催化劑上并逐步脫質(zhì)子,形成中間物種;含氧物種參與反應(yīng),氧化除去中間物種。其催化過(guò)程可以用雙功能模型來(lái)說(shuō)明:在催化劑表面需要有兩種功能中心:甲醇的吸附和C-H鍵的活化以及脫質(zhì)子過(guò)程主要在Pt活性位上進(jìn)行的,而水的吸附和活化解離是在Pt或其它組分上進(jìn)行。因此,實(shí)驗(yàn)研究中單純使用Pt作催化劑的很少,研究得較多的二元催化劑有Pt-Ru/C、Pt-W/C、Pt-Re/C、Pt-Mo/C、Pt-Sn/C等,應(yīng)用最廣的是Pt-Ru/C催化劑,但是Pt擔(dān)量仍很高。進(jìn)一步研究則側(cè)重于通過(guò)添加其它的金屬元素來(lái)對(duì)Pt-Ru/C進(jìn)行改性。如加入Mo、Os、W、V構(gòu)成三元催化劑。3.1.2基于Pt的鈣鈦礦類(lèi)催化劑鈣鐵礦

23、型復(fù)合氧化物催化劑,由于具有特殊的性能和結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注。為了降低Pt的含量,還可以用鈣鈦礦類(lèi)氧化物與Pt復(fù)合。該催化劑在堿性介質(zhì)中對(duì)甲醇的催化活性比Pt/C好,可以同時(shí)氧化CO和甲醇。Pt 中毒是由于形成不導(dǎo)電的表面氧化物,使用具有電子導(dǎo)電性的氧化物有可能提高其抗毒能力。另外鈣鐵礦氧化物表面的堿性有助于吸附甲醇分子脫去氫離子,可選的是La系和堿土金屬,如SrRu0.5Pt0.5O3。3.1.3基于碳納米管的催化劑單壁和多壁碳納米管作載體制備的Pt/C催化劑表現(xiàn)出比常規(guī)碳載體更優(yōu)的氧電還原性能。Che等利用浸漬-干燥-氫氣還原,然后再溶解消除模板劑的方法,制備了擔(dān)載在碳納米管的Pt和Ru催化劑,

24、采用碳納米管作載體改善了載體和金屬間的相互作用,另外,載體的疏水或親水性能的改善,也提高了貴金屬的利用率和催化活性。擔(dān)載在碳纖維上的Pt表現(xiàn)出對(duì)甲醇較高的氧化性能,即使Pt擔(dān)載量?jī)H僅為5%時(shí),其催化活性也和擔(dān)載在活性炭上高達(dá)20%的Pt 催化劑相當(dāng)。3.2陰極催化劑陰極催化劑的研究中要攻克的主要難題是電極催化材料對(duì)陽(yáng)極遷移過(guò)來(lái)的甲醇的耐受性。Castel-lanos等人以在二氯苯中高溫分解OS3(CO12得到的OS x(COn做陰極催化劑。在含不同濃度的甲醇的0.5MH2SO4溶液中用旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極研究該材料,發(fā)現(xiàn)該材料的O2還原電化學(xué)活性幾乎不受甲醇的影響。同樣條件下的CV研究也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有甲醇

25、氧化峰的出現(xiàn)。線性伏安曲線表明該催化劑在有無(wú)甲醇存在的情況下,對(duì)O2還原的電化學(xué)活性都很高,都屬于4電子轉(zhuǎn)移的一級(jí)反應(yīng)。Convert P.等人采用Co的絡(luò)合物CoTAA作為催化劑。他們?cè)谛D(zhuǎn)圓盤(pán)電極涂覆上經(jīng)5%Nafion溶液、石墨粉和少量純水調(diào)制的混合物,再用電化學(xué)沉積的方法沉積CoTAA,就做成了多孔旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極。半電池實(shí)驗(yàn)表明,與Pt/C(E-TEK電極相比,兩者壽命相似,但該電極對(duì)O2還原的催化活性和對(duì)甲醇的耐受性都大大提高了。此外,Drillet J.F.等人研究的Pt70-Ni30(atom%催化劑,Park等人34研究的RuO2作載體,都可以達(dá)到上述目標(biāo)。4結(jié)論以AFC、PEM

26、FC、DMFC為代表的低溫燃料電池的電極催化劑以Pt為主,很多催化劑都是以它為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)。低溫燃料電池的發(fā)展至今還沒(méi)有真正達(dá)到商業(yè)化水平,最主要的障礙是成本太高,但歸根到底,還是技術(shù)問(wèn)題。燃料電池的研究和開(kāi)發(fā)必須從電極催化材料、制作工藝、電池結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)優(yōu)化4個(gè)方面同時(shí)著手。就電極催化劑而言,應(yīng)該從以下幾個(gè)方面入手:(1與材料科學(xué),尤其是納米技術(shù)緊密結(jié)合,發(fā)展新的催化劑載體,以進(jìn)一步降低貴金屬的用量,并提升催化劑在熱、機(jī)械、電化學(xué)等各方面的性能。(2尋找能夠替代貴金屬催化劑的合金、氧化物、金屬大環(huán)絡(luò)合物等新型催化劑。(3重視H2-O2反應(yīng)的機(jī)理研究,為催化劑的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。總之,燃料電池是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng),但是在當(dāng)今世界面臨資源和環(huán)境雙重壓力的情況下,在商業(yè)化的道路上,燃料電池的研究必將取得突破。參考文獻(xiàn)1.林維明.燃料電池系統(tǒng).北京:化工出版社,1996.1621652.