科技日报记者 吴长锋
30日，记者从中国科学技术大学获悉，该校高敏锐教授课题组与南京理工大学兰司教授课题组合作，设计并研制了一种用于碱性膜燃料电池阳极氢氧化反应的镍-钼-铌三元合金玻璃催化剂，实现了比肩铂的催化活性和稳定性。相关成果近日发表于国际学术期刊《自然·催化》，同时，期刊“新闻和视点”专栏对其进行了详细评述。
中国科大供图
由于质子交换膜燃料电池对铂族催化剂的依赖导致器件成本过高，相比之下，碱性膜燃料电池允许使用非贵金属催化剂、廉价的双极板和隔膜，具有显著的市场优势。然而，碱性膜燃料电池阳极氢气氧化反应（HOR）反应动力学迟缓；同时，非贵金属催化剂在运行条件下结构易变性强。因此，基于非贵金属设计高活性、高抗氧化性的HOR催化剂是碱性膜燃料电池实用化面临的巨大挑战。
研究人员提出了一种新型多元合金玻璃策略，利用熔融纺丝法成功研制了镍-钼-铌三元合金玻璃催化剂。最优化的合金玻璃展现了与铂比肩的催化活性；同时，其在氧化在高电位时仍保持结构稳定，展现了优异的抗氧化特性。另外，与铂族催化剂极易受一氧化碳吸附而“中毒休克”相比，该合金玻璃催化剂在含有2%一氧化碳杂质气体的氢气燃料中依然表现出很高的HOR催化活性。
研究人员发现，对合金玻璃施加高氧化电位，其在室温和45℃下均能稳定工作。随后，他们将合金玻璃条带制作成粉末并测试其膜电极组装性能。在氢-氧测试条件下，优化后的燃料电池在0.65V电压下能产生每平方厘米338毫安的电流密度，其峰值功率密度达到每平方厘米390毫瓦。即使在氢-空条件下，合金玻璃驱动的燃料电池也表现优异：在0.65V时能够提供每平方厘米201毫安的电流密度，其最大功率密度达到每平方厘米253毫瓦。以上的膜电极组装性能，代表了当前非贵金属催化剂驱动的碱性膜氢燃料电池能达到的最佳值。