IBS开发新型铂催化剂合成技术
一种可将作为氢能经济整体核心发电系统的燃料电池发电效率提升至现有水平2倍的催化剂合成技术已经被开发出来。
基础科学研究院（IBS）16日表示，由首尔大学化学生物工程系教授、纳米粒子研究团副团长 Sung Young Eun 率领的研究团队，仅通过热处理工艺就开发出一种简便合成铂基燃料电池催化剂的技术，使得按铂含量计算的燃料电池发电性能比现有水平提高了约2倍。
在将氢能转化为电能的过程中，燃料电池是应用最广泛的装置。燃料电池利用氢气（H2）和氧气（O2）发电，仅排放水（H2O）这一副产物，是一种环保型发电系统，有望在氢能电站等氢能产业各个领域得到广泛应用。尤其是，氢燃料汽车和氢燃料电动卡车的效率高于电动汽车，被视为理想的交通工具。
然而，作为燃料电池催化剂使用的铂（Pt）价格高昂，每千克超过3000万韩元，但仍难以确保足够的发电性能，这意味着目前其商业性仍然偏低。要使燃料电池系统在整个产业中得到应用，就需要能够轻松实现铂系催化剂的大规模生产技术，并在减少催化剂用量的同时大幅提升发电性能。
研究团队构思出一种通过简单热处理工艺合成铂基催化剂的新方法。研究人员开发的催化剂由铂（Pt）和钴（Co）两种金属元素构成结构。当将这两种元素置于碳载体上并将温度升高至900℃时，两种金属元素会有序排列，形成粒径为4纳米的纳米晶体。由于不稳定的钴原子周围被铂原子有序包围并加以保护，催化剂的性能和稳定性极为优异。此外，该合成过程无需使用有毒溶剂或表面活性剂等，也是其一大优点。
利用研究团队设计的合成方法，可以在碳载体上高密度地排列大量纳米粒子，从而提高氧气体的传输效率。这意味着作为燃料电池反应物的氧气体更易导入，进而提升效率。此外，研究人员还将有利于离子迁移的添加剂——离聚物（ionomer）均匀分散在碳基底上，解决了传统催化剂在应用于燃料电池时难以发挥理论性能的问题。
性能评估结果显示，在使用相同质量铂的情况下，该催化剂可产生接近现有氢燃料汽车2倍的电功率（5.9kW/gPt）。这意味着可以将占燃料电池成本40%的昂贵铂用量减少一半。这一性能已达到美国能源部（DOE）提出的2025年开发目标。
研究团团长 Hyun Taek Hwan 表示：“这是能够简便实现昂贵铂催化剂大规模生产，并以少量催化剂实现更高发电性能和耐久性的源头技术”，并称“该技术不仅将推动燃料电池催化剂的发展，也将有助于提高多种电化学产业用催化剂的性能和耐久性”。
本次研究的负责人、副研究团团长 Sung Young Eun 表示：“我们解决了制约燃料电池商业化的瓶颈问题，获得了世界最高水平的燃料电池性能”，并称“预计这将为氢燃料汽车产业发展以及实现碳中和所需的氢能经济作出重大贡献”。
本次研究成果已于上月30日刊登在能源领域学术期刊《能源与环境科学（Energy & Environmental Science，影响因子39.714）》的在线版上。
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