實現(xiàn)燃料電池催化劑降解過程可視化的研究

實現(xiàn)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(zhì)子交換膜燃料電池。質(zhì)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(zhì)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(xiàn)降解，因而其成為燃料電池性能和耐久性相關(guān)的一項關(guān)鍵因素。針對碳載鉑合金電極催化劑的研究已經(jīng)有很多，但是仍然無法實現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)（0.1～0.2nm）進行觀察。為了能夠?qū)﹄姌O催化劑的降解過程實現(xiàn)實時的可視化，在投射電子顯微鏡上方構(gòu)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(nèi)包含多孔電極和模擬燃料電池反應(yīng)的電解質(zhì)溶液，整個封閉空間通過微機電系統(tǒng)芯片控制，可實現(xiàn)電解質(zhì)溶液的循環(huán)。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(huán)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(chǎn)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(yōu)化設(shè)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