活性提升2倍！氢燃料电池催化剂技术取得新突破
OFweek氢能
2024-11-15 16:21
发布于江苏
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在全球能源危机与环境问题日益凸显的当下，氢燃料电池作为一种高效、清洁且无碳的发电装置，正逐渐成为推动可持续能源发展的关键力量。
然而，氢燃料电池的商业化进程却比较缓慢，燃料电池的应用和广泛采用需要建立全面的基础设施，这需要大量财政投资且短期难保收益；同时，燃料电池是复杂的工程设备，相应的组件仍然相当昂贵；此外，还受到铂基催化剂成本高昂、资源有限等因素的制约。
随着PROMETHEUS R&D科研人员对催化剂的深入研究与创新，新型的铂钯碳催化剂应运而生，活性几乎是市售铂碳催化剂的两倍，而成本却大幅下降。
PROMETHEUS RD联合创始人 Guterman教授
氢燃料电池商业化的局限性
氢能作为一种新型能源，具有清洁、高效、可再生等诸多优点，被视为解决全球气候和环境问题的关键所在。氢燃料电池通过氢气和氧气的化学反应直接产生电能，其过程不产生有害物质排放，且能量转换效率极高。因此，氢燃料电池在交通、电力、航天等领域具有广泛的应用前景。
然而，
燃料电池（特别是质子交换膜燃料电池）属于复杂的工程设备。
此类燃料电池的组件仍然相当昂贵，但制造技术也在不断改进。
在氢燃料电池的实际应用中，铂基催化剂扮演着至关重要的角色。铂是一种稀有且昂贵的贵金属，具有优异的催化活性，使得氢燃料电池的阴极氧化还原反应得以高效进行。然而，市售铂碳催化剂存在诸多局限性。
一方面，是
资源有限、成本高昂
。铂的储量有限，且分布不均，难以满足氢燃料电池大规模应用的需求。由于稀少，铂的价格昂贵，导致氢燃料电池的制造成本居高不下，严重制约了其商业化进程。
另一方面，是
稳定性问题
。市售铂碳催化剂在长期使用过程中容易发生物理和功能降解，导致催化活性下降，影响氢燃料电池的性能和寿命。
新型铂钯碳催化剂有何优势？
为了克服市售铂碳催化剂的局限性，科学家和技术人员正在不断寻找新的解决方案；改进包括燃料电池在内的整个基础设施中氢技术的过程正在进行，而且相当成功。目前，PROMETHEUS R&D公司正在努力减少燃料电池催化剂和催化层中贵金属的用量来大幅降低成本，同时提高其活性和耐久性。
PROMETHEUS R&D公司成立于2017年底，公司成立之前，在低温燃料电池电催化剂领域拥有10年的研究经验。
据悉，这种催化剂采用液相合成法制备而成，通过精确控制催化剂的组成和微观结构，实现了对催化剂性能的优化。目前，该公司开发的铂钯碳电催化剂与市售的铂碳电催化剂相比，在电化学电池测试和燃料电池膜电极组件内的催化层中都表现出了更加优越的性能。
新型铂钯碳催化剂的优越性能主要体现在以下三方面：
高活性
：铂钯碳催化剂在氧电还原反应中的活性几乎是市售铂碳催化剂的两倍。这意味着在相同的铂载量下，新型催化剂能够提供更高的催化效率，从而提升氢燃料电池的整体性能。
高稳定性
：新型铂钯碳催化剂在稳定性方面与市售铂碳催化剂HiSpec4000相当，但电化学活性表面积却大了30%。这意味着新型催化剂在保持稳定性的同时，具有更大的反应活性表面积，有利于提高催化效率。
成本低廉
：由于采用了钯替代部分铂的策略，新型铂钯碳催化剂的成本相对较低。这有助于降低氢燃料电池的制造成本，推动其商业化进程。
在实际测试中，使用该催化剂的膜电极组件的最大比功率比市售铂碳催化剂高20-30%。这一显著提升表明新型催化剂在提高氢燃料电池能量转换效率方面具有巨大潜力。
这些性能数据充分证明了新型铂钯碳催化剂在氢燃料电池领域的应用潜力。未来，随着技术的不断进步和成本的进一步降低，新型铂钯碳催化剂有望取代传统的纯铂催化剂，成为氢燃料电池领域的主流选择。
加速氢燃料电池商业化
在现有研究基础上，PROMETHEUS R&D公司目前正在试图开发具有同样效果但其组成中含有更高比例钯的催化剂的合成技术。并且，不断探索和优化新型铂钯碳催化剂的制备工艺，通过改进合成方法、调整催化剂组成和微观结构等措施，进一步提高催化剂的活性、稳定性和成本效益。
好消息是，
PROMETHEUS R&D公司希望在短期内实现已经开发和未来开发的铂钯碳催化剂的商业应用。
目前，PROMETHEUS R&D与合作伙伴一起对这些催化剂进行全面测试，以清楚地了解可以发挥此类催化剂优势的条件。
其次，该公司迄今为止获得的材料都是原型材料。因而需要建立一种更具可扩展性的生产技术，这在一定程度上取决于对此类催化剂的需求。目前该公司正在燃料电池和电解槽的氢电极上测试铂钯碳催化剂，实际应用结果有望带来惊喜。
值得一提的是，
PROMETHEUS R&D有计划与中国科学家开展联合研究
。该公司的Guterman教授与中国科学家有合作的愉快经历，与中国科学家开展联合研究的计划。他特别提到了与上海同济大学汽车学院的林瑞教授合作进行的科研项目，并计划在2025年提交中国国家自然科学基金委员会和俄罗斯科学基金会合作项目的提案。
在商业化应用方面，虽然目前还没有与生产催化剂或燃料电池的中国商业公司的合作。不过作为一家生产世界一流电催化剂的公司，但
PROMETHEUS R&D正在积极寻找有兴趣进行此类合作的中国合作伙伴。
后记
新型铂钯碳催化剂的成功研发与应用标志着氢燃料电池技术取得了重要突破。这种催化剂不仅具有高活性、稳定性好等优点，而且成本相对较低，有望推动氢燃料电池的大规模商业化进程。
展望未来，随着科研人员对氢燃料电池技术的不断深入研究和创新，氢燃料电池将在未来能源领域发挥更加重要的作用，国内氢燃料电池公司有望迎来新发展阶段。
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