直接甲醇燃料电池的阳极和阴极催化剂
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化Biblioteka Baidu进展
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89引言
随着环境和能源问题的日益突出"开发清洁'高 效的新能源成为了全世界的研究热点"其中"燃料电 池# ND>KM>KK$ 由于其高效率和低排放"被认为是 继 水 力发电'火力发电和核能发电后的第四类发电技术" 具有广阔的应用前景( 燃料电池按电解质类型分为 % 大类!碱性燃料电池# BKABKIJ>ND>KM>KK"6./$ "磷酸 燃料 电 池 # E=;CE=;@IMBMIF ND>KM>KK" 06./$ " 熔 融 碳 酸盐燃料电池# S;K1>J MB@G;JB1>ND>KM>KK"-/./$ "固 体氧化物燃料电池# C;KIF ;TIF>ND>KM>KK"L2./$ 和质 子交 换 膜 燃 料 电 池 # E@;1;J >TM=BJR>S>SG@BJ>ND>K M>KK"0W-./$ ( 其 中" 0W-./是 以 能 够 传 导 质 子 的 聚合物# 如全氟磺酸膜"即 :BNI;J$ 作为电解质"具有 工作温度低#8# X$ "电解质无腐蚀"工作电流大"环 境友好以及寿命长等优点"成为目前发展最快'应用 最广泛的燃 料 电 池 )$* ( 据 美 国 能 源 部 ,2W发 布 的 +"#$* 年燃 料 电 池 技 术 市 场 报 告 , ""#$* 年 燃 料 电 池系统出货量逾 *% ### 套"较 "##8 年和 "#$" 年分 别增长了 (##Y和 "+Y( 世界燃料电池产业销售额 首次突破 $# 亿美元"达 $* 亿 美 元 )"* ( ,2W"#$# ) "#$% 的目标是""#$% 年燃料电池系统的发 电成 本 降 至 *# ZL,[A\)** (
:9阳极催化剂
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然而"如何解决氢源问题和储氢问题一直困扰 0W-./的进一步发展( 与氢气相 比"其 他 燃 料 的 能
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尽管直接甲醇燃料电池已得到小规模应用"但 至今没有真正实现大规模商业化"其关键问题在于 阳极和阴极催化剂的成本昂贵以及使用寿命短"因 此发展高效'低廉的 新 型 催 化 剂 成 为 目 前 ,-./研 究的重要方向( 01基 催 化 剂 是 迄 今 为 止"对 阳 极 甲 醇氧化反应# S>1=BJ;K;TIFB1I;J @>BM1I;J" -2P$ 和阴 极氧还原反应# ;THR>J @>FDM1I;J @>BM1I;J" 2PP$ 最有 效的催化剂 )(" 8 )$#* ( 01作为催化剂存在的突出问题 是"为了实现商业化应用所需的催化活性"需要一定 的 01负 载 量"从 而 提 高 了 催 化 剂 的 成 本( 同 时"甲 醇 的 电 化 学 氧 化 过 程 中 容 易 部 分 氧 化" 生 成 /2]BFC']/]2BFC和 /2BFC等反应活 性 中 间 体"使 作 为 阳极催化剂的 01基催化剂中毒 )'* %而 阴 极 甲 醇 渗 透 也会影 响 阴 极 01基催 化 剂 的 活 性"进 而 影 响 ,-./ 的 电 池 效 率( 因 此" 对 01基 催 化 剂 进 行 改 性 和 优 化"降低 01的用 量 和 提 高 催 化 剂 的 催 化 效 率" 具 有 重要的现实意义( 但是"若今后大规模使用燃料电 池"01的低储量 将 不 能 满 足 01的 用 量 的 需 求%由 于 01在地球上的 储 量 非 常 有 限" ,-./发 展 的 根 本 出 路在于开发可以替代铂的'高活性的'低成本的和资 源丰富的催化 剂( 本 文 主 要 从 01基 催 化 剂 和 非 01 催化剂的研究两方面"对直接甲醇燃料电池的阳极 和阴极催化剂最新研究进展进行论述"讨论存在的 问题及对策"并对其未来发展方向进行了展望(
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直接甲醇燃料电池的阳极和阴极催化剂
化学进展
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摘!要!直接甲醇燃料电池 ,-./ 由于其结构简单能量密度高易携带无 污 染 等 优 点成 为 燃 料 电 池 未 来发展的方向 阳极和阴极催化剂的 活 性 和 稳 定 性 是 决 定 ,-./性 能寿 命 和 成 本 的 关 键 然 而商 业 催 化剂铂 01 的低储量和高成本限 制 了 ,-./的 广 泛 应 用同 时非 铂 类 催 化 剂 的 活 性 和 稳 定 性 还 需 要 进 一 步提高以达到商业化应用的要求 本 文 综 述 了 近 年 来 国 内 外 ,-./阳 极 和 阴 极 催 化 剂 的 最 新 研 究 进 展 首先对于阳极甲醇氧化催化剂分别 对 01基 催 化 剂 的 改 性 和 非 01类 催 化 剂 的 研 究 进 展 进 行 了 详 细 介 绍 其次概述了 01基阴极氧还原催化剂 的 改 性 和 非 01阴 极 催 化 剂 的 发 展 现 状此 外对 于 催 化 剂 与 载 体 的 强 相互作用产生的协同效应进行了总结论述最后对直接甲醇燃料电池阳极和阴极催化剂的发展前景进行了 展望 关键词!燃料电池!甲醇!催化剂!铂基!非铂 中图分类号2+(*3* 2+(+3%( 45*(!文献标识码 6!文章编号 $##%7"8$9"#$%#'7$$(&7$$
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收稿 "#$% 年 * 月 收修改稿 "#$% 年 % 月 网络出版 "#$% 年 & 月 $ 日 特约 !国家自然科学基金项目 :;<"$"&$$+% 和国家重点基础研究发展计划'&* 项目 :;<"#$$/5'**&#" 资助
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