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30日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校高敏銳教授課題組與南京理工大學(xué)蘭司教授課題組合作，設(shè)計(jì)并研制了一種用于堿性膜燃料電池陽(yáng)極氫氧化反應(yīng)的鎳-鉬-鈮三元合金玻璃催化劑，實(shí)現(xiàn)了比肩鉑的催化活性和穩(wěn)定性。相關(guān)成果近日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·催化》，同時(shí)，期刊“新聞和視點(diǎn)”專欄對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)述。

中國(guó)科大供圖

由于質(zhì)子交換膜燃料電池對(duì)鉑族催化劑的依賴導(dǎo)致器件成本過(guò)高，相比之下，堿性膜燃料電池允許使用非貴金屬催化劑、廉價(jià)的雙極板和隔膜，具有顯著的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。然而，堿性膜燃料電池陽(yáng)極氫氣氧化反應(yīng)(HOR)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩;同時(shí)，非貴金屬催化劑在運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)易變性強(qiáng)。因此，基于非貴金屬設(shè)計(jì)高活性、高抗氧化性的HOR催化劑是堿性膜燃料電池實(shí)用化面臨的巨大挑戰(zhàn)。

研究人員提出了一種新型多元合金玻璃策略，利用熔融紡絲法成功研制了鎳-鉬-鈮三元合金玻璃催化劑。最優(yōu)化的合金玻璃展現(xiàn)了與鉑比肩的催化活性;同時(shí)，其在氧化在高電位時(shí)仍保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，展現(xiàn)了優(yōu)異的抗氧化特性。另外，與鉑族催化劑極易受一氧化碳吸附而“中毒休克”相比，該合金玻璃催化劑在含有2%一氧化碳雜質(zhì)氣體的氫氣燃料中依然表現(xiàn)出很高的HOR催化活性。

研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)合金玻璃施加高氧化電位，其在室溫和45℃下均能穩(wěn)定工作。隨后，他們將合金玻璃條帶制作成粉末并測(cè)試其膜電極組裝性能。在氫-氧測(cè)試條件下，優(yōu)化后的燃料電池在0.65V電壓下能產(chǎn)生每平方厘米338毫安的電流密度，其峰值功率密度達(dá)到每平方厘米390毫瓦。即使在氫-空條件下，合金玻璃驅(qū)動(dòng)的燃料電池也表現(xiàn)優(yōu)異：在0.65V時(shí)能夠提供每平方厘米201毫安的電流密度，其最大功率密度達(dá)到每平方厘米253毫瓦。以上的膜電極組裝性能，代表了當(dāng)前非貴金屬催化劑驅(qū)動(dòng)的堿性膜氫燃料電池能達(dá)到的最佳值。

關(guān)鍵詞： 燃料電池 每平方厘米 催化活性 非貴金屬 研究人員