新一代燃料电池突破开发瓶颈

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据新华社合肥3月18日电(记者)中国科学技术大学曾杰教授和美国阿克伦大学彭教授组成的研究小组近日在质子交换膜燃料电池阴极催化剂的开发方面取得重要进展，通过在钯纳米晶上生长超薄铂镍合金原子层，成功研制出钯-铂-镍核壳纳米催化剂。该催化剂铂原子利用率高，在催化质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中表现良好。

近年来，随着全球化石能源的消耗和环境污染的加剧，以质子交换膜燃料电池为代表的新型清洁能源的研究和应用受到广泛关注。然而，该技术存在明显的瓶颈，主要表现在电池阴极氧还原反应催化剂的活性和稳定性低，限制了电池的输出功率和充放电循环次数，从而阻碍了质子交换膜燃料电池的商业化。

面对这一挑战，曾杰教授的研究团队设计开发了一种具有超薄铂镍合金原子层的核壳纳米催化剂，实现了铂镍原子比的调控。该核壳纳米催化剂内部具有非常稳定的低催化活性的钯核，外部具有高催化活性的铂镍合金，不仅铂原子利用率非常高，而且具有氧还原反应所需的高活性表面晶面。

研究表明，该催化剂用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应的活性高达0.79 kAmp/g，是目前市售铂碳催化剂的5倍左右。此外，由于新催化剂中钯核相对稳定，其整体稳定性大大提高，在6000次循环充放电测试后，其性能没有显著降低。

这一成果最近发表在国际著名的化学杂志《美国化学学会杂志》上。据专家介绍，该研究成果为新一代燃料电池的开发提供了高效的纳米催化剂，也为提高燃料电池的综合性能提供了新思路。