实现燃料电池催化剂降解过程可视化的研究

实现燃料电池催化剂降解过程可视化的研究

燃料电池汽车上常用的燃料电池类型为质子交换膜燃料电池。质子交换膜燃料电池主要由多孔气体扩散阳极、多孔气体扩散阴极和质子交换膜组成。多孔电极的核心是所使用的电极催化剂，常用的电极催化剂为碳载铂合金。而这种电极催化剂在燃料电池工作过程中，不断出现降解，因而其成为燃料电池性能和耐久性相关的一项关键因素。针对碳载铂合金电极催化剂的研究已经有很多，但是仍然无法实现对降解过程的可视化，因而研究了利用投射电子显微镜以实现碳载铂合金电极催化剂降解过程的可视化。

投射电子显微镜能够在原子大小水平上对物质（0.1～0.2nm）进行观察。为了能够对电极催化剂的降解过程实现实时的可视化，在投射电子显微镜上方构建一个封闭空间用来模拟燃料电池的工作过程，封闭空间内包含多孔电极和模拟燃料电池反应的电解质溶液，整个封闭空间通过微机电系统芯片控制，可实现电解质溶液的循环。对电极催化剂降解过程进行观察时，将碳载铂合金电极催化剂置于封闭空间中，通过采用循环伏安法进行操作，此时便可以观察到碳载铂合金电极催化剂纳米粒子的降解过程。对美国德祥科技公司（Protochips）生产的透射电子显微镜进行了上述改造，可以观察到电极催化剂的降解（图1）。通过对降解过程进行这种实时、高分辨率的可视化观察，可以为电极催化剂的优化设计提供参考，从而减缓甚至消除电极催化剂的降解。

图1 电极催化剂降解前后的变化

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

编译：李臣