科技日报记者 吴长锋
7月1日，记者从中国科学技术大学获悉，该校高敏锐教授与唐凯斌教授团队合作，报道了一种铜掺杂改性的钼镍基合金催化剂，成功解决了阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）启停过程中的阴极腐蚀难题。该催化剂在碱性介质中表现出优异的氢氧化反应催化活性和对氧还原反应的惰性。这种独特的双功能特性使其能够有效抑制启停阶段由寄生氧还原反应引发的瞬时界面电位骤升，从而保护阴极。相关成果日前发表在国际学术期刊《德国应用化学》上。
氢气燃料电池作为一种清洁高效的能源转换技术，其耐久性和成本是规模化应用的主要瓶颈。其中，启停过程中的反向电流衰减现象导致的阴极腐蚀是影响耐久性的关键问题。在启停过程中，阳极会形成氢气和空气共存区域，引发寄生氧还原反应，产生超过1.5伏特的界面电位差，导致阴极碳载体和催化剂严重氧化降解。传统解决方案依赖复杂系统（如惰性气体吹扫）或昂贵的抗腐蚀材料，增加了成本和系统复杂性。
研究团队通过微波加热和后续热处理成功制备了钼镍基合金催化剂，并将其用作阴离子交换膜燃料电池阳极催化剂的膜电极组件进行模拟启停循环测试。结果显示，相比传统的铂/碳阳极，使用该催化剂的电池在启停过程中阴极电位跃迁从1.4伏特大幅降低至安全范围。经过10次启停循环后，阴极催化剂层厚度几乎保持不变，阴极电荷转移阻抗的增幅也远低于铂/碳，峰值功率密度保持率达61%，显著优于铂/碳（28%）和未掺杂钼镍合金（47%），阴极腐蚀现象近乎消失。
研究人员表示，该研究工作开发了一种高效的非贵金属阳极催化剂，为解决燃料电池启停过程中的关键反向电流衰减问题提供了一种简便有效的方案，无需复杂的系统改造即可显著提升电池耐久性。
（中国科大供图）
