研究人员探讨铂催化剂的降解模式以减少浪费-电子工程世界

燃料电池通常利用氢发电，这是一种在燃烧时只产生水的“清洁”燃料。铂是这一过程的关键催化剂。然而，在燃料电池中，铂会不均匀降解。在更换废旧燃料电池时，可能导致仍可使用的铂被丢掉。据外媒报道，为了提高燃料电池的耐用性，并减少浪费，研究人员探讨了铂降解不均匀的原因，包括燃料电池内部的湿度和气体环境（空气和氮气），以及燃料电池流动通道的几何形状。

研究人员探讨铂催化剂的降解模式以减少浪费

（图片来源：美国能源部）

对于汽车应用来说，聚合物电解质燃料电池（PEFCs）是颇具吸引力的选择，因其结构紧凑，可根据需要快速提高功率输出。同时，这类电池的成本更低，耐用性更高，因此应用前景较好。在轻型车辆中，铂等贵金属催化剂约占PEFCs成本的三分之一。在此项研究中，研究人员探讨了PEFCs中铂催化剂的降解模式。所得出的结果有助于开发简单有效的策略，减少浪费昂贵的催化剂材料。

由加州大学欧文分校（University of California, Irvine）和博世公司（Bosch）领导的团队，研究了经过加速应力测试的市售催化剂涂层膜。研究人员分别在潮湿和干燥的条件下，以及在空气和氮气环境中，进行了测试。对样品的分析涉及多种方法，包括扫描电子显微镜和若干种X射线光谱技术。在美国能源部科学用户设施办公室的先进光源（ALS）中，研究人员利用X射线衍射来绘制老化铂纳米粒子的尺寸图（颗粒越大，降解程度就越严重）。此外，还利用X射线计算机断层扫描，对老化后的催化剂层进行成像。

结果显示，在流场出口附近，以及在氮气环境和较高湿度下，铂老化得更快。在引导氢气经过催化剂层的迷宫状通道之间的位置，老化速度也更快。而在流场尺寸更窄的情况下，不存在这种效应。

此项研究得出的结论是，增加逆流通道，有助于减少进出口可变性。在较高的温度下运行，则有助于降低相对湿度。

对于化石燃料汽车来说，使用PEFC的汽车是一种极好的无排放替代选项。这项研究得出的结果有助于开发直接的系统级策略，以增加耐久性并降低成本，为这类技术找到成本更低的替代催化剂材料。

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