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有記者從中國(guó)科技大學(xué)吳教授的實(shí)驗(yàn)研究小組長(zhǎng)征化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院的和吳教授的理論計(jì)算研究小組恒安集團(tuán)的現(xiàn)代機(jī)械工程學(xué)院的科學(xué)合作用電催化劑合成了超小尺寸鉑金屬間化合物。基于該催化劑組裝的質(zhì)子交換膜燃料電池經(jīng)過(guò)30000次循環(huán)耐久性試驗(yàn)仍能保持81.5%的放電功率，實(shí)現(xiàn)了燃料電池的高功率放電和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性，揭示了電池三相界面?zhèn)髻|(zhì)機(jī)理。研究結(jié)果發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。
與其他類(lèi)型的電池相比，質(zhì)子交換膜燃料電池具有放電功率高、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，其中陰極氧還原反應(yīng)是電池整個(gè)反應(yīng)的速度控制步驟。鉑基金屬間化合物由于其長(zhǎng)期有序結(jié)構(gòu)，在穩(wěn)定性方面具有天然優(yōu)勢(shì)，是下一代商用燃料電池氧還原催化劑體系。目前鉑類(lèi)間化合物仍存在粒徑大等問(wèn)題，導(dǎo)致鉑的利用率和質(zhì)量活性降低，已成為制約燃料電池性能提高的關(guān)鍵瓶頸之一。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，吳長(zhǎng)征教授的團(tuán)隊(duì)合成了一系列尺寸約為2納米的超小鉑基金類(lèi)間化合物顆粒。由超小Pt3Co金屬間化合物顆粒組裝而成的燃料電池，功率密度比商用燃料電池高530毫瓦/cm2。在耐久性測(cè)試中，經(jīng)過(guò)30000次循環(huán)后，超小金屬間化合物顆粒的質(zhì)量活性仍然可以達(dá)到0.75安培/mg。同時(shí)，位于介孔碳中的鉑基金金屬間化合物顆粒有利于燃料電池條件下三相界面的優(yōu)化。理論計(jì)算表明，質(zhì)子和氧可以在介孔內(nèi)部高效、動(dòng)態(tài)平衡地傳遞，大大降低了電池的傳質(zhì)阻力，防止了離子異構(gòu)體對(duì)電池催化劑的毒性作用。
該研究結(jié)果優(yōu)化了燃料電池膜電極中催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高性能表達(dá)，從納米到介觀尺度體系，為燃料電池陰極催化材料的制備提供了新的思路。
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