科技日報合肥8月29日電 （記者吳長(cháng)鋒）記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該?；瘜W(xué)與材料科學(xué)學(xué)院吳長(cháng)征教授實(shí)驗課題組和工程科學(xué)學(xué)院近代力學(xué)系吳恒安教授理論計算課題組合作，合成了超小尺寸的鉑基金屬間化合物電催化劑，基于該催化劑組裝的質(zhì)子交換膜燃料電池在3萬(wàn)次循環(huán)耐久性測試后仍然能維持81.5%的放電功率，實(shí)現燃料電池的高功率放電和長(cháng)久循環(huán)穩定性，并揭示了電池內三相界面的傳質(zhì)機理。相關(guān)成果日前發(fā)表在《美國科學(xué)院院報》上。
質(zhì)子交換膜燃料電池相對于其他種類(lèi)電池具有放電功率大、無(wú)污染等優(yōu)勢，其中陰極氧還原反應是電池全反應的速控步驟。鉑基金屬間化合物，因其長(cháng)程有序結構在穩定性上有著(zhù)天然優(yōu)勢，是下一代燃料電池商用氧還原催化劑體系。當前，鉑基金屬間化合物依然存在顆粒尺寸較大等問(wèn)題，導致鉑利用率和質(zhì)量活性降低，成為制約燃料電池性能提升的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題之一。
針對這一挑戰，吳長(cháng)征教授團隊合成了系列具有2納米左右超小尺寸鉑基金屬間化合物顆粒。由超小尺寸Pt3Co金屬間化合物顆粒組裝出燃料電池，比商業(yè)化燃料電池的功率密度高出530毫瓦/平方厘米。在耐久性測試中，超小尺寸的金屬間化合物顆粒在3萬(wàn)圈循環(huán)后質(zhì)量活性依然可以達到0.75安培/毫克。同時(shí)，位于介孔碳內部的鉑基金屬間化合物顆粒有利于燃料電池工況下三相界面優(yōu)化。理論計算表明，介孔內部可以高效地完成質(zhì)子和氧氣的傳輸并實(shí)現動(dòng)態(tài)平衡，大大降低電池傳質(zhì)阻力，同時(shí)防止離聚物對電池催化劑的毒化作用。
這項研究成果從納米到介觀(guān)尺度系統優(yōu)化了催化劑在燃料電池膜電極中的結構設計并實(shí)現高性能表達，為燃料電池陰極催化材料提供了新思路。
