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燃料电池催化剂的种类

时间:2024-11-13     【原创】

  燃料电池催化剂的种类主要包括以下几种:


  纯铂催化剂:铂(Pt)具有良好的分子吸附、离解特性,因此铂催化剂成为最理想、也是当前唯一商业化的催化剂材料。铂对氢气的氧化反应(HOR)和氧气的还原反应(ORR)都具有很高的催化活性。铂金属价格昂贵,我国的储存量也非常短缺,Pt昂贵的价格对于燃料电池大规模商业化是个极大的阻碍。


  低铂催化剂:既然铂金属成本高,科学家们和企业通过与其他金属的合金化来提高催化剂的稳定性和活性,同时也降低对铂的使用量。这些合金主要用的是钴、镍、铁、铜、锌等。


  非铂基催化剂:由于铂的稀缺性和高成本,研究者们一直在探索非铂基催化剂作为替代方案。这些催化剂主要包括钯基催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂。非贵金属催化剂包括铁、钴、镍等,非金属催化剂中最常见的是碳基催化剂,如碳纳米管、碳纤维、石墨烯等。非铂基催化剂的活性通常低于铂基催化剂,但它们的成本更低,且在某些条件下可能表现出良好的稳定性和耐久性。


  除了以上分类,也有一些特殊功能的催化剂正在研发和投入应用当中。


  双功能催化剂:是指能够同时催化氢气的氧化反应和氧气的还原反应,从而简化燃料电池的结构并提高能量转换效率。一些铂基合金催化剂和非铂基催化剂都被研究用于双功能催化剂的制备。


  复合催化剂:由多种材料组成,通过材料之间的相互作用来提高催化剂的性能。例如,将铂纳米颗粒负载在具有高比表面积和良好导电性的碳载体上,可以制备出高活性的复合催化剂。铂碳催化剂主要用于燃料电池中的氢气、甲醇、甲酸氧化及氧气还原等反应。这种催化剂因其贵金属成分含量较少而广受欢迎。


  酶基催化剂:利用生物酶作为催化剂,在较低的温度和压力下实现氢气和氧气的反应。虽然酶基催化剂的活性较低,但它们具有生物相容性和环境友好性等优点,因此在某些特定领域具有潜在的应用价值。

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       燃料电池催化剂作用机理

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          燃料电池催化剂产业链结构简图

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       燃料催化剂主要分类及其性能

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       氢燃料电池铂基催化剂的主要制备方式

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