新一代燃料电池突破开发瓶颈

中国科学技术大学曾杰教授课题组与美国阿克伦大学教授彭振猛合作，近期在质子交换膜燃料电池阴极催化剂研制方面取得重要进展，通过在钯纳米晶上生长超薄铂镍合金原子层的方法，成功研制出钯—铂镍核壳纳米催化剂。该催化剂具有很高的铂原子利用率，在催化质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中表现不俗。

近年来，随着全球化石能源的消耗与环境污染的加剧，以质子交换膜燃料电池为代表的新型清洁能源的研究和应用受到广泛关注。但是，这项技术还存在着明显的瓶颈，主要表现在针对电池阴极的氧还原反应催化剂活性和稳定性较低，制约了电池的输出功率和充放电循环次数，从而阻碍了质子交换膜燃料电池的商业化进程。

面对这一挑战，曾杰教授课题组设计并研制出一种具有超薄铂镍合金原子层的核壳型纳米催化剂，并实现了对铂镍原子比例的调控。这种核壳型纳米催化剂的内部为一种低催化活性但非常稳定的钯核，外部为一种高催化活性的铂镍合金，不仅具有极高的铂原子利用率，还兼具氧还原反应所需要的高活性表面晶面。

研究表明，该催化剂对于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应的活性高达0.79千安培每克，约为目前商用铂碳催化剂的5倍。此外，由于这种新型催化剂内部存在较为稳定的钯核，使得其整体稳定性大幅度提高，在循环充放电测试6000次后，未见其性能有显著降低。

该成果近日发表在国际著名化学期刊《美国化学会志》上。专家介绍，这项研究成果为开发新一代燃料电池提供了高效的纳米催化剂，也为改善燃料电池的综合性能提供了新思路。