中国科大设计抑制燃料电池阴极电腐蚀催化剂
氢气燃料电池作为一种清洁高效的能源转换技术，其耐久性和成本是规模化应用的主要瓶颈。其中，启停（SU/SD）过程中的反向电流衰减（RCD）现象导致的阴极腐蚀是影响耐久性的关键问题。在启停过程中，阳极会形成氢气和空气共存区域，引发寄生氧还原反应（ORR），产生超过1.5 V的界面电位差，导致阴极碳载体和催化剂严重氧化降解（图1）。传统解决方案依赖复杂系统（如惰性气体吹扫）或昂贵的抗腐蚀材料，增加了成本和系统复杂性。
近日，中国科学技术大学高敏锐教授与唐凯斌教授团队合作，报道了一种铜掺杂改性的钼镍基合金催化剂（MoNi3.6Cu0.4），成功解决了阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）启停过程中的阴极腐蚀难题。该催化剂在碱性介质中表现出优异的氢氧化反应（HOR）催化活性和对氧还原反应（ORR）的惰性。这种独特的双功能特性使其能够有效抑制启停阶段由寄生ORR引发的瞬时界面电位骤升，从而保护阴极。相关成果以“Copper-Tailored Molybdenum-Nickel Catalyst Boosts Hydrogen Oxidation and Suppresses Parasitic Oxygen Reduction for Durable Fuel Cells”为题6月25日发表在国际学术期刊《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed.2025,e202508535）。
图1: AEMFC启停中RCD过程的示意图
研究团队通过微波加热和后续热处理成功制备了MoNi3.6Cu0.4催化剂，并将其用作AEMFC阳极催化剂的膜电极组件进行模拟启停循环测试。结果显示，相比传统的Pt/C阳极，使用该催化剂的电池在启停过程中阴极电位跃迁从1.4 V大幅降低至安全范围（图2）。经过10次启停循环后，阴极催化剂层厚度几乎保持不变，阴极电荷转移阻抗的增幅也远低于Pt/C，峰值功率密度保持率达61%，显著优于Pt/C（28%）和未掺杂钼镍合金（47%），阴极腐蚀现象近乎消失。
图2:启停过程单电池耐久性
该工作开发了一种高效的非贵金属阳极催化剂，通过对HOR和ORR反应的“选择性催化”，为解决燃料电池启停过程中的关键RCD问题提供了一种简便有效的方案，无需复杂的系统改造即可显著提升电池耐久性。
论文的通讯作者是合肥微尺度物质科学国家研究中心的高敏锐和唐凯斌教授。中国科大葛晓琳和徐铜文教授为该工作提供了MTCP-50阴离子交换膜。论文共同第一作者为中国科大博士研究生朱磊、特任副研究员张晓隆、博士研究生杨宇、李烨成和王业华。相关研究受到国家自然科学基金委杰出青年科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202508535
（合肥微尺度物质科学国家研究中心、科研部）
本文链接：http://knowith.com/news-1-11781.html中国科大设计抑制燃料电池阴极电腐蚀催化剂
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