【第一參賽人/留學人員】武云
【留學國家】日本
【技術領域】新能源與節能環保
【參賽屆次】第9屆
【所獲獎項】入圍
【項目簡介】
質子交換膜燃料電池具有較短的啟動時間、較低的運行溫度和高能量密度，已經成為全球燃料電池應用和推廣的重大技術之一。在全球面對氣候巨變的環保背景下，燃料電池市場應用需求持續擴大。燃料電池主要應用在交通運輸中，該領域應用占比達到81%。由于技術的不斷完善，成本的不斷降低，質子交換膜燃料電池的應用范圍將有望擴大，從電動汽車到家用電器等領域可能會推廣應用。2019年中國質子交換膜燃料電池行業市場規模已經達到了460億元。催化劑作為膜電極的重要組成部分，也是電堆成本最高的材料，開發催化劑及其抗腐蝕載體等新型基礎材料，是提高系統耐久性和壽命、進而促成氫燃料電池技術大規模商業化應用的有效路徑。2020年，所用的催化劑（純鉑計算）約為4.4噸（2021年全球燃料電池市場供需現狀現狀及發展趨勢分析，前瞻產業研究院 (qianzhan.com)）。催化劑選用需要考慮工作條件下的耐高溫和抗腐蝕問題，常用的是擔載型催化劑 Pt/C（Pt納米顆粒分散到碳粉載體上），但是Pt/C隨著使用時間的延長存在 Pt 顆粒溶解、遷移、團聚現象，活性比表面積降低，難以滿足碳載體的負載強度要求。Pt 是貴金屬，從商業化的角度看不宜繼續作為常用催化劑成分，為了提高性能、減少用量，一般采取小粒徑的 Pt 納米化分散制備技術。然而，納米 Pt 顆粒表面自由能高，碳載體與 Pt 納米粒子之間是弱的物理相互作用；小粒徑 Pt 顆粒會擺脫載體的束縛，遷移到較大的顆粒上被兼并而消失，大顆粒得以生存并繼續增長；小粒徑 Pt 顆粒更易發生氧化反應，以鉑離子的形式擴散到大粒徑鉑顆粒表面而沉積，進而導致團聚。本項目設計的高性能超低鉑催化劑Pt2-Fe/N/C，通過雜原子N把鉑二聚體錨定在催化劑上，抑制了鉑的遷移和團聚，也抑制鉑氧化后脫落的效應；通過流動化學法制備出的催化劑，解決了催化劑放大生產的問題。
【展開】
【收起】