突破燃料电池瓶颈：韩国研究人员开发新型铂催化剂

盖世汽车讯 据外媒报道，韩国研究团队开发出新一代铂基催化剂，可显著提高氢燃料电池的活性和耐久性。相关研究成果发表于期刊《Advanced Materials》。该团队由成均馆大学（Sungkyunkwan University）化学工程学院Sang Uck Lee教授领导，博士候选人Jun Ho Seok为共同第一作者，Sung Chan Cho博士也参与其中。该团队还与韩国高丽大学（Korea University）Kwangyeol Lee教授的团队以及韩国科学技术研究院（Korea Institute of Science and Technology，KIST）Sung Jong Yoo博士的团队进行了合作。

图片来源：成均馆大学

氢燃料电池通过氢气和氧气的电化学反应产生电能，被认为是一种极具发展前景的清洁能源技术。然而，阴极氧还原反应（ORR）缓慢以及催化剂在长期运行过程中发生降解，阻碍了其更广泛的商业化应用。

传统的铂基金属间化合物催化剂以其结构稳定性著称，但其原子组成和排列难以精确调控。这限制了对其电子结构的优化，也使得在氢动力汽车等严苛的运行条件下，难以同时实现高催化活性和长期耐久性。

为了应对这些挑战，该研究团队开发了一种新的催化剂设计策略，能够在保持铂基金属间化合物催化剂结构稳定性的同时，更精确地控制原子组成和电子结构。

利用这种方法，研究团队设计了一种由铂（Pt）、钴（Co）和锰（Mn）组成的三元金属间化合物纳米催化剂。通过利用催化剂与氧化物载体界面处形成的氧空位，该团队能够引导催化剂内部的原子有序排列，并成功开发出一种此前难以实现的铂基三元金属间化合物结构。

该研究的一个关键方面是采用新的理论方法来揭示前驱体阶段的界面合成机制，这在实验中很难直接观察到。

研究团队发现，界面早期形成的氧空位在驱动锰原子有序排列方面起着决定性作用，为三元金属间化合物结构的形成提供了理论解释。这项研究超越了传统的催化剂性能分析，为理解和设计合成过程本身提供了一个原子级的框架。

这种新开发的催化剂凭借其优化的电子结构，展现出高氧还原反应（ORR）活性和优异的耐久性。电化学测试表明，其质量活性比商用Pt/C催化剂高出十倍以上，并且在经过15万次加速耐久性循环测试后，仍能保持初始性能的96%以上。

在膜电极组件（MEA）测试中，该催化剂的性能超过了美国能源部（Department of Energy，DOE）设定的2025年性能目标。此外，在高负荷运行条件下，其功率输出也高于传统催化剂，凸显了其在氢燃料电池汽车和固定式燃料电池系统中的应用潜力。