低成本、高性能燃料電池催化劑的合成方法

一、項目簡介

本項目為高分散負載高活性貴金屬質子交換膜燃料電池催化劑的可控制備技術。采用低成本的原位還原技術制備了高性能的非鉑基燃料電池催化劑，可用于氫-氧燃料電池，甲醇-空氣燃料電池等系統中。質子交換膜燃料電池因其理論比容量高(33kWh/kg)、電流密度大、工作溫度低、污染小等優點成為最先進的二次能源新技術。 燃料電池的核心技術是制備高效、長壽命的電極材料催化劑。目前的商用催化劑主要是高負載量的鉑基催化劑。西安交通大學電信學院楊光教授及其課題組在高性能、低成本催化劑的合成和應用上取得重大突破，開發出了鈀基燃料電池膜電極催化劑的新型制備工藝，該制備技術所需設備簡單、工藝路徑易于實現，合成的催化劑性能類似于目前摻加 60%鉑的商用催化劑，實現了催化劑的無污染快速制備。該合成方法的最大優點是將燃料電池催化劑的功率成本降低到目前商用催化劑成本的 2%。

二、產品主要功能及特點

基于質子交換膜的低溫燃料電池工作溫度低，因而電極催化劑通常采用高活性的鉑系金屬催化劑。然而鉑金屬催化劑容易遭受燃料中的不純雜質如 S、CO等毒化，使得催化劑失去活性，嚴重降低燃料電池的使用壽命。本項目采用化學方法制成了納米尺度的含鈀顆粒，通過金屬間的相分離，固定在金屬納米顆粒表面，形成高穩定性、高活性的原子島活性中心，提高催化活性，降低電極的貴金屬使用成本。催化劑合成采用特殊的原位同步處理技術，使得催化劑表面非常干凈，得到新型的載體和催化劑緊密結合的單分散結構，提高了催化劑的利用效率和傳質能力。催化劑被固定在穩定的金屬顆粒表面，解決了催化劑在載體表面的脫落與團聚問題。同時采用抗毒化作用強的貴金屬鈀作為活性催化劑，有效避免了催化劑中毒失活的問題。

三、市場前景及應用

目前商用催化劑的成本是 45 美元/千瓦時，而本產品的成本僅為 1 美元/千瓦時。可以將將燃料電池催化劑的成本降低至目前生產成本的 2%，將極大促進燃料電池的商業化應用規模。以年產功率 10 萬千瓦時的燃料電池電堆記，其催化劑成本將節約 440 萬美元。

本項目可用于燃料電池系統，成功測試了燃料電池催化劑的性能，大大降低

燃料電池催化劑的生產成本。本項目同時也可以應用于其他商用催化劑的生產。

四、技術成熟度

完成了催化劑性能測試。

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