布朗大学开发高耐久燃料电池催化剂

据外国媒体报道：布朗大学的研究人员开发出一种新型合金催化剂，既能减少铂的使用，又能在燃料电池测试中保持良好状态。根据Joule期刊所述的测试结果显示，催化剂在反应性和耐久性方面均超过了美国能源部（DOE）2020年的目标。

合金催化剂的耐久性是催化剂领域的一个大问题，合金最初的性能优于纯铂，但在燃料电池内部，催化剂的非贵金属部分会被氧化并迅速浸出。

为了解决这一浸出问题，Li和他的同事开发了具有特殊结构的合金纳米粒子。颗粒具有纯铂外壳，其内部是交替的铂和钴原子层制成的核心。

这种分层核心结构是催化剂反应性和耐久性的关键。核心中原子的分层排列有助于平滑和收紧外壳中的铂晶格，这增加了铂的反应性，同时保护钴原子不会在反应过程中被消耗。这就是为什么这些颗粒比随机排列的金属原子的合金颗粒表现得更好。

研究人员测试了催化剂进行氧还原反应的能力，这对燃料电池的性能和耐久性至关重要。在质子交换膜（PEM）燃料电池的一侧，从氢燃料中剥离的电子产生驱动电动机的电流。在电池的另一侧，氧原子吸收这些电子以完成电路。这是通过氧还原反应完成的。

初步测试表明，催化剂在实验室环境中表现良好，优于更传统的铂合金催化剂。新催化剂在30,000次电压循环后保持其活性，而传统催化剂的性能显着下降。

测试表明，该催化剂超越了能源部（DOE）为初始活动和长期耐久性设定的目标。美国能源部要求催化剂到2020年初始活性为每毫克铂0.44安培，30,000次电压循环后活性至少为0.26安培/毫克（大约相当于燃料电池汽车使用5年）。新催化剂的测试表明，它具有0.56安培/毫克的初始活性和30,000循环0.45安培后的活性。

研究人员申请了关于催化剂的临时专利，他们希望继续开发和改进催化剂。