燃料電池中的關(guān)鍵碳材料-2024-12-新能源

材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺燃料電池中的關(guān)鍵碳材料材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺在我國明確提出“努力爭取2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和”應(yīng)對氣候變化新目標(biāo)的大背景下，實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)已經(jīng)成為了我國當(dāng)前以及接下來較長一段時間里各個產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)和方向，一場廣泛而深刻的系統(tǒng)性變革正在全社會迅速展開。作為實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要抓手和路徑，氫能和燃料電池發(fā)展正引發(fā)越來越廣泛的關(guān)注和參與。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺氫燃料電池(以下簡稱“燃料電池”)是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。反應(yīng)產(chǎn)物為水，不產(chǎn)生碳排放和其它污染排放。運輸領(lǐng)域中，氫燃料電池汽車代替燃油車可以有效緩解降低碳排放目標(biāo)的壓力，同時續(xù)航里程長、快速加注、高功率密度、低溫自啟動等技術(shù)特點，使其在長程、重載、商用和嚴(yán)寒地區(qū)具有良好的應(yīng)用場景，能有效彌補(bǔ)電動車的不足，共同推動我國交通電動化的進(jìn)程。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺右。燃料電池催化劑主要是稀有的貴金屬鉑催化劑。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺當(dāng)燃料電池運行時，由于鉑的聚集，催化劑的活性和穩(wěn)定性會逐漸降低。通過調(diào)整鉑基催化劑的組成、形貌和結(jié)構(gòu)可改善催化劑活性，其中一種是在導(dǎo)電炭黑上負(fù)載催化劑，制備鉑碳催化劑。常規(guī)的鉑碳催化劑是將鉑分散成約2nm左右的微粒，然后負(fù)載于炭黑表面形成均勻分布的單分散鉑顆粒，形成較大的鉑顆粒的外表面積，從而獲得更高的催化活性。炭黑作為催化劑載體，要求其具有合適的比表面積、合適的孔徑和孔分布、具有較高的導(dǎo)電性能、較好的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，以及較高的純度。炭黑載體對貴金屬催化劑的粒徑和分散狀態(tài)有較大的影響，而催化劑顆粒大小和分散狀態(tài)對催化劑活性和穩(wěn)定性的改善起著關(guān)鍵作用。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺炭黑載體不僅具有單一惰性載體功能，而且通過促進(jìn)氫離子傳遞，提高催化劑層的電子導(dǎo)電性，提高催化劑電化學(xué)面積和金屬催化劑的納米顆粒穩(wěn)定性等方面影響整個燃料電池的性能。炭黑載體的氧化會引起金屬催化劑納米顆粒的遷移和聚集，從而降低鉑催化劑的電化學(xué)活性面積。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺一個常見的催化劑的失效模式是高電位下炭黑載體的腐蝕氧化導(dǎo)致的催化劑降活。炭黑載體的腐蝕與氧化，會導(dǎo)致金屬催化劑納米顆粒的遷移和聚集，降低鉑催化劑的電化學(xué)活性面積（ElectrochemicalActiveSurfaceArea,ECSA）,從而導(dǎo)致催化劑活性降低、壽命終止。因此，為催化劑選擇合適的碳黑載體來獲得更高的催化活性及穩(wěn)定性，從而提高整個燃料電池的性能至關(guān)重要。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺VULCAN?XC72是一款經(jīng)典的導(dǎo)電炭黑，已經(jīng)在多種商用化燃料電池催化劑上得到了應(yīng)用和驗證。FCX?80和FCX?200兩款產(chǎn)品具有低比表面積、高石墨化程度、高耐腐蝕性能和良好的抗氧化性能，更適合于負(fù)極催化劑載體，能顯著提高催化劑使用壽命。FCX?80在諸如燃料電池卡車、叉車等重載應(yīng)用領(lǐng)域也可作為正極催化劑載體。FCX?400和FCX?8