浦项科技大学开发出选择性催化剂 可抑制汽车燃料电池腐蚀

盖世汽车讯 火车没有汽车中的闪烁转向信号杆。与汽车不同，火车没有配备用于左转或右转的手动手柄，而是采用开关点机制控制，该机制允许在所需方向上进行受控行驶。这种操作模式可以比作催化剂的功能，用于氢动力汽车的燃料电池，以选择性地触发化学反应并阻止腐蚀。

据外媒报道，韩国浦项科技大学（POSTECH）Yong-Tae Kim教授（隶属于材料科学与工程系和黑色金属与能源材料技术研究所）和博士生Sang-Hoon You（材料科学与工程系）领导的研究小组开发出选择性催化剂，可抑制用于氢动力汽车中燃料电池的腐蚀。通过调整氢氧化反应以匹配燃料电池中的氢浓度，该团队能够阻止燃料电池的腐蚀。相关研究已发表于期刊《ACS Energy Letters》。

图片来源：浦项科技大学

燃料电池容易受到许多因素的影响，从而降低耐用性。因素之一是降解，特别是在阴极催化剂中，因为这种催化剂通常会暴露在汽车的启动和关闭操作中。此外，汽车燃料电池本质上也会经历启动和关闭的重复循环。在车辆正常运行期间，燃料电池持续供应高浓度氢气，但当汽车关闭或启动时，氢气浓度会暂时下降。因此，当外部空气与燃料电池内的氢气混合时，会触发阳极中意外的氧还原反应，导致阴极突然出现电位跳跃和碳腐蚀。

该研究团队设计出新催化剂（Pt/TiO2），包括沉积在二氧化钛（TiO2）上的铂（Pt），可有效阻止氢动力汽车中燃料电池的腐蚀。这种电催化剂的性能来自于二氧化钛和铂之间的强大相互作用，以及氢溢出改变材料表面电导率以响应其附近氢浓度的能力。

当车辆突然停止或启动时，燃料中的氢浓度会相应降低。由于氢浓度降低，二氧化钛会膨胀到铂上，导致铂被埋在催化剂表面下方。而由于二氧化钛具有低导电性，这种由二氧化钛膨胀引起的铂掩埋最终将催化剂转化为绝缘体。但这种绝缘效应会阻碍催化剂的导电能力，从而防止了不必要的氧气还原，因为氧气还原可能导致阴极突然出现电位跳跃。

相反，在标准车辆运行期间，车内的氢气浓度仍然很高。在如此高的氢浓度条件下，高导电性的铂会暴露在催化剂表面，且二氧化钛发生还原反应，促进氢在催化剂表面的迁移。这种称为氢溢出的现象增强了电流并增加了氢氧化反应。

研究团队还进行了仿真测试，以比较新开发的催化剂和传统催化剂。测试结果表明，相对于传统燃料电池，使用Pt/TiO2催化剂的燃料电池的耐用性提高了三倍。这表明通过使用选择性氧还原反应和基于氢浓度的氢氧化反应，该团队成功地提高了燃料电池的耐久性。

如果这项研究有助于克服氢动力汽车燃料电池面临的现有耐久性挑战，那么该新材料可能会提升韩国氢燃料汽车在下一代移动出行行业中的地位。