具有经济性的碱性膜燃料电池氢气氧化反应催化剂

摘要

燃料电池是一种清洁高效的能量转换装置,可将储存在燃料中的化学能直接转化为电能.在过去的几十年中,燃料电池的开发取得了重大进展.聚合物电解质燃料电池,尤其是以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为代表,可以实现高效率、高功率密度、快速启动,因而受到了广泛的关注.然而,PEMFC因使用昂贵的Pt基催化剂而导致成本较高,阻碍了其大规模的应用.近年来发展的碱性膜燃料电池(HEMFC)与PEMFC结构相似,但使用可传导氢氧根离子的聚合物电解质,并提供碱性工作环境.HEMFC由于具有使用非Pt电催化剂和较便宜双极板的可能性而备受关注.然而,HEMFC的一个巨大的挑战是阳极氢氧化反应(HOR)相对缓慢的动力学,这使得其需要较高载量的阳极催化剂才能实现较高的电池性能.因此,对于HEMFC而言,阳极催化剂的成本也很高,亟需开发在碱性条件下低成本、高活性和高稳定性的HOR催化剂.在本综述中,我们总结了HOR催化剂的最新研究进展,涉及文献中提出的各种HOR机理和催化剂,并分析了基于阳极催化剂成本的HEMFC性能.我们发现,最新报道的非Pt HOR催化剂可以降低阳极催化剂的成本,到达与PEMFC接近的成本水平.最后,我们对HOR的进一步研究进行了展望.