燃料電池中的關(guān)鍵碳材料-2024-12-新能源

材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)燃料電池中的關(guān)鍵碳材料材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)在我國(guó)明確提出“努力爭(zhēng)取2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”應(yīng)對(duì)氣候變化新目標(biāo)的大背景下，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)已經(jīng)成為了我國(guó)當(dāng)前以及接下來較長(zhǎng)一段時(shí)間里各個(gè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)和方向，一場(chǎng)廣泛而深刻的系統(tǒng)性變革正在全社會(huì)迅速展開。作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要抓手和路徑，氫能和燃料電池發(fā)展正引發(fā)越來越廣泛的關(guān)注和參與。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)氫燃料電池(以下簡(jiǎn)稱“燃料電池”)是將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。其基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過外部的負(fù)載到達(dá)陰極。反應(yīng)產(chǎn)物為水，不產(chǎn)生碳排放和其它污染排放。運(yùn)輸領(lǐng)域中，氫燃料電池汽車代替燃油車可以有效緩解降低碳排放目標(biāo)的壓力，同時(shí)續(xù)航里程長(zhǎng)、快速加注、高功率密度、低溫自啟動(dòng)等技術(shù)特點(diǎn)，使其在長(zhǎng)程、重載、商用和嚴(yán)寒地區(qū)具有良好的應(yīng)用場(chǎng)景，能有效彌補(bǔ)電動(dòng)車的不足，共同推動(dòng)我國(guó)交通電動(dòng)化的進(jìn)程。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)右。燃料電池催化劑主要是稀有的貴金屬鉑催化劑。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)當(dāng)燃料電池運(yùn)行時(shí)，由于鉑的聚集，催化劑的活性和穩(wěn)定性會(huì)逐漸降低。通過調(diào)整鉑基催化劑的組成、形貌和結(jié)構(gòu)可改善催化劑活性，其中一種是在導(dǎo)電炭黑上負(fù)載催化劑，制備鉑碳催化劑。常規(guī)的鉑碳催化劑是將鉑分散成約2nm左右的微粒，然后負(fù)載于炭黑表面形成均勻分布的單分散鉑顆粒，形成較大的鉑顆粒的外表面積，從而獲得更高的催化活性。炭黑作為催化劑載體，要求其具有合適的比表面積、合適的孔徑和孔分布、具有較高的導(dǎo)電性能、較好的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，以及較高的純度。炭黑載體對(duì)貴金屬催化劑的粒徑和分散狀態(tài)有較大的影響，而催化劑顆粒大小和分散狀態(tài)對(duì)催化劑活性和穩(wěn)定性的改善起著關(guān)鍵作用。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)炭黑載體不僅具有單一惰性載體功能，而且通過促進(jìn)氫離子傳遞，提高催化劑層的電子導(dǎo)電性，提高催化劑電化學(xué)面積和金屬催化劑的納米顆粒穩(wěn)定性等方面影響整個(gè)燃料電池的性能。炭黑載體的氧化會(huì)引起金屬催化劑納米顆粒的遷移和聚集，從而降低鉑催化劑的電化學(xué)活性面積。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)一個(gè)常見的催化劑的失效模式是高電位下炭黑載體的腐蝕氧化導(dǎo)致的催化劑降活。炭黑載體的腐蝕與氧化，會(huì)導(dǎo)致金屬催化劑納米顆粒的遷移和聚集，降低鉑催化劑的電化學(xué)活性面積（ElectrochemicalActiveSurfaceArea,ECSA）,從而導(dǎo)致催化劑活性降低、壽命終止。因此，為催化劑選擇合適的碳黑載體來獲得更高的催化活性及穩(wěn)定性，從而提高整個(gè)燃料電池的性能至關(guān)重要。材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)材料+能源領(lǐng)域一站式服務(wù)平臺(tái)VULCAN?XC72是一款經(jīng)典的導(dǎo)電炭黑，已經(jīng)在多種商用化燃料電池催化劑上得到了應(yīng)用和驗(yàn)證。FCX?80和FCX?200兩款產(chǎn)品具有低比表面積、高石墨化程度、高耐腐蝕性能和良好的抗氧化性能，更適合于負(fù)極催化劑載體，能顯著提高催化劑使用壽命。FCX?80在諸如燃料電池卡車、叉車等重載應(yīng)用領(lǐng)域也可作為正極催化劑載體。FCX?400和FCX?8