實現燃料電池催化劑降解過程可視化的研究

實現燃料電池催化劑降解過程可視化的研究

燃料電池汽車上常用的燃料電池類型為質子交換膜燃料電池。質子交換膜燃料電池主要由多孔氣體擴散陽極、多孔氣體擴散陰極和質子交換膜組成。多孔電極的核心是所使用的電極催化劑，常用的電極催化劑為碳載鉑合金。而這種電極催化劑在燃料電池工作過程中，不斷出現降解，因而其成為燃料電池性能和耐久性相關的一項關鍵因素。針對碳載鉑合金電極催化劑的研究已經有很多，但是仍然無法實現對降解過程的可視化，因而研究了利用投射電子顯微鏡以實現碳載鉑合金電極催化劑降解過程的可視化。

投射電子顯微鏡能夠在原子大小水平上對物質（0.1～0.2nm）進行觀察。為了能夠對電極催化劑的降解過程實現實時的可視化，在投射電子顯微鏡上方構建一個封閉空間用來模擬燃料電池的工作過程，封閉空間內包含多孔電極和模擬燃料電池反應的電解質溶液，整個封閉空間通過微機電系統芯片控制，可實現電解質溶液的循環。對電極催化劑降解過程進行觀察時，將碳載鉑合金電極催化劑置于封閉空間中，通過采用循環伏安法進行操作，此時便可以觀察到碳載鉑合金電極催化劑納米粒子的降解過程。對美國德祥科技公司（Protochips）生產的透射電子顯微鏡進行了上述改造，可以觀察到電極催化劑的降解（圖1）。通過對降解過程進行這種實時、高分辨率的可視化觀察，可以為電極催化劑的優化設計提供參考，從而減緩甚至消除電極催化劑的降解。

圖1 電極催化劑降解前后的變化

Hisao Kato et al.SAE 2016-01-1192.

編譯：李臣