- 燃料电池中的催化剂载体是什么意思？
- 催化剂载体在燃料电池中起什么作用？
- 燃料电池中催化剂载体常用的材料有哪些？
- 高质量的催化剂载体能够如何提升燃料电池的性能？
- 燃料电池所用的材料与其整体性能相关吗？
- 催化剂载体对燃料电池的耐久性和寿命有何影响？
- 催化剂载体如何影响燃料电池的成本效益？
- 质子交换膜燃料电池中催化剂和催化剂载体如何协同工作？
- 燃料电池中催化剂、载体、燃料三者之间是什么关系？
- 介孔催化剂载体如何增强燃料电池性能？
- 催化剂载体在减少燃料电池中的碳腐蚀方面起什么作用？
- 燃料电池中的催化剂载体是什么意思？催化剂载体在燃料电池中起什么作用？
- 燃料电池中催化剂载体常用的材料有哪些？燃料电池中使用的材料与其整体性能和寿命有何关系？
- 优化燃料电池催化剂载体面临哪些挑战？
- 介孔催化剂载体如何提高燃料电池的性能和寿命？
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燃料电池中的催化剂载体是什么意思？
质子交换膜 (PEM) 燃料电池由多个组件组成，包括双极板、垫片和膜电极组件 (MEA)。MEA 是将氢气和空气（氧气）转化为电能的核心组件，可用于为电动汽车提供动力或用作固定电源。MEA 由带有或不带有微孔层的气体扩散层、两个催化剂层和一个作为隔板的质子交换膜组成。催化剂层通常由铂 (Pt) 制成，碳材料作为催化剂载体，催化剂层是发生电化学反应以产生电能的地方。简而言之，燃料电池中的催化剂层载体（最常见的是碳）是一种高表面积、低成本的导电材料，可支撑 Pt 纳米颗粒，而 Pt 纳米颗粒可催化阳极和阴极上发生的关键反应。
催化剂载体在燃料电池中起什么作用？
催化剂载体提供了催化纳米粒子（例如 Pt）可以附着的表面位点，同时也充当离子传导离聚物的载体。载体还提供了电子传输的途径，因此必须具有导电性并具有出色的粒子间连通性，而反应气体则在碳载体材料周围和内部移动。催化剂载体在实现 PEM 燃料电池性能和耐用性方面起着至关重要的作用。
燃料电池中催化剂载体常用的材料有哪些？
燃料电池中使用的催化剂有很多种，但高表面积碳粉（例如炭黑）作为PEM燃料电池中的催化剂载体使用最为广泛。
示例：纳米多孔碳粉
高质量的催化剂载体能够如何提升燃料电池的性能？
碳载体结构在控制催化剂颗粒大小、分散性及其与离子聚合物的相互作用以及催化剂耐久性方面起着关键作用。更稳定且与催化剂纳米颗粒相互作用最强的碳载体可以抑制催化剂的流动性和纳米颗粒的团聚，从而最大限度地减少由此造成的表面积损失并延长燃料电池的寿命。高表面积的中孔碳使催化 Pt 纳米颗粒能够更好地分散并抵抗生长和团聚。介孔碳材料的结构还可以设计为防止离子聚合物对 Pt 纳米颗粒表面的毒害，从而提高催化剂的利用率并提高质量活性和性能。
燃料电池所用的材料与其整体性能相关吗？
是的。催化剂层对燃料电池的整体性能有显著影响。碳载体的选择是其中很重要的一部分，它会影响催化活性、耐久性、可重复性和燃料电池的成本效益。
催化剂载体对燃料电池的耐久性和寿命有何影响？
良好的催化剂载体可为催化剂提供机械稳定性，防止溶解、脱落、颗粒团聚和离子聚合物中毒，从而可显著提高耐久性。稳定的催化剂载体具有更好的耐腐蚀性，从而延长燃料电池的使用寿命。具有所需多孔结构或与催化剂本身具有强相互作用的催化剂载体可以保护催化纳米颗粒免于溶解、脱落和团聚，从而进一步提高燃料电池中催化剂的使用寿命。
催化剂载体如何影响燃料电池的成本效益？
良好的催化剂载体可以提高催化剂的利用率，尤其是铂等贵金属催化剂。因此，所需的催化剂材料更少，从而降低了制造成本。精心选择的催化剂还可以延长使用寿命，从而有助于降低最终用户的运营成本。
质子交换膜燃料电池中催化剂和催化剂载体如何协同工作？
催化剂载体提供了一种固定催化剂材料的结构，同时还允许催化剂材料均匀分散在较大的表面积上，从而增加了总反应位点的数量，从而提高了催化活性。载体的高孔隙率和低曲折度还增强了反应物（氢和氧）的质量传输，从而提高了催化剂材料的利用率，同时降低了质量传输阻力。介孔碳载体还具有保护催化剂（尤其是 Pt 纳米颗粒）免于团聚、表面积随时间损失以及免于离子聚合物中毒的潜力，从而进一步提高了催化剂的活性和稳定性。
燃料电池中催化剂、载体、燃料三者之间是什么关系？
催化剂加速燃料电池中发生的电化学反应，促进燃料（通常是氢气）和氧化剂（通常是空气中的氧气）转化为电和水。催化剂载体通过提供稳定性、高表面积和电导率来提高催化剂的有效性。
介孔催化剂载体如何增强燃料电池性能？
介孔是直径在 2 至 50 纳米之间的孔。介孔碳材料提供小的介孔，但这些孔仍然足够大，可以让 铂Pt纳米颗粒（催化剂）固定，同时防止离子聚合物渗透到孔中。因此，可以保护催化剂免受离子聚合物中毒。介孔还可以防止因颗粒脱落而导致的催化剂损失，同时还有助于限制和稳定催化纳米颗粒，防止其进一步聚集。这反过来又提高了燃料电池的耐用性。
催化剂载体在减少燃料电池中的碳腐蚀方面起什么作用？
与非石墨化碳相比，石墨化碳的氧含量较少，因此在燃料电池运行过程中不易发生碳腐蚀。然而，石墨化会削弱 铂Pt 纳米颗粒/碳键，从而使 Pt 更容易受到腐蚀。
燃料电池中的催化剂载体是什么意思？催化剂载体在燃料电池中起什么作用？
质子交换膜 (PEM) 燃料电池是一种氢燃料电池，通过氢气和空气（氧气）的电化学反应产生电能，工作温度为 50-80°C。燃料电池中发生的电化学反应很慢，因此需要使用催化剂来加速电化学反应，从而促进燃料（氢气）和氧化剂（空气中的氧气）转化为电能和水。铂 (Pt) 是 PEM 燃料电池最著名的催化剂。然而，Pt 的高价格和稀缺性阻碍了 PEM 燃料电池的广泛应用。因此，在保持高燃料电池性能和寿命的同时减少 Pt 的数量对于使燃料电池应用更具经济可行性变得非常重要。因此，引入碳材料作为催化剂载体，以提高燃料电池中的催化剂利用率。催化剂载体为催化纳米颗粒（例如 Pt）提供负载位点，并为电子和反应气体提供传输途径。催化剂载体通过提供稳定性、高表面积和电导率来提高催化剂的有效性。因此，催化剂载体对于 PEM 燃料电池的性能和耐用性起着至关重要的作用。
燃料电池中催化剂载体常用的材料有哪些？燃料电池中使用的材料与其整体性能和寿命有何关系？
目前商业化最常见的催化剂载体为炭黑，如Vulcan碳、Ketjen碳等，其比表面积大、储量丰富、成本低廉，为催化剂材料提供了锚定结构，使得催化剂材料能够分散在较大的表面积上，增加反应位点，从而提高催化活性。
如今，PEM 燃料电池中的催化剂层通常通过将载有催化剂的炭黑（例如 Pt/C）与用作粘合剂和质子传输途径的离子聚合物混合而制成。催化剂层对燃料电池的整体性能有显著影响。碳载体的选择会影响燃料电池的催化活性、耐久性、可重复性和成本效益。良好的催化剂载体可为催化剂提供机械稳定性，防止溶解、脱落和团聚，从而提高耐久性。
良好的催化剂载体可以提高催化剂的利用率，尤其是铂Pt等贵金属催化剂。因此，所需的催化剂材料更少，从而降低了制造成本。精心选择的催化剂载体还可以延长使用寿命，从而有助于降低最终用户的运营成本。稳定的催化剂载体具有更好的耐腐蚀性，从而延长燃料电池的使用寿命。具有理想多孔结构或与催化剂有强相互作用的催化剂载体可以保护催化剂纳米颗粒免于溶解、脱落和团聚，从而进一步延长燃料电池中催化剂的使用寿命。
优化燃料电池催化剂载体面临哪些挑战？
传统的催化剂层由载铂炭黑制成，对 PEM 燃料电池在各种条件下的长期稳定性和灵活性提出了挑战。炭黑是直径从几十到几百纳米的颗粒。Pt 纳米颗粒通常沉积在碳颗粒表面，类似于蛋糕棒上的闪光粉。在燃料电池运行过程中，Pt 颗粒和碳颗粒会发生各种形式的降解。Pt 颗粒可能很容易从碳表面脱落，从而失去活性。一些 Pt 颗粒会聚集形成更大的颗粒，导致 Pt 表面积减少和活性降低。炭黑颗粒的随机堆叠导致催化剂层内的通道不稳定，易受各种压力和相对湿度变化的影响，从而导致电池性能不稳定。
在不影响催化剂活性的情况下提高耐久性是开发优质催化剂载体的目标。碳载体结构对催化剂颗粒大小、分散性和与离聚物的相互作用以及催化剂耐久性起着至关重要的作用。更稳定且与催化剂颗粒相互作用更强烈的载体可以抑制催化剂的迁移率并大大延长燃料电池的寿命。石墨化碳表现出碳腐蚀减少，但它们的表面积比非石墨化载体低，因此导致催化剂的分散性和稳定性不足。
介孔催化剂载体如何提高燃料电池的性能和寿命？
高比表面积介孔碳是一种孔径范围为2至50纳米的碳材料，介孔碳为催化剂的锚定和良好分散提供了小孔隙，还可以防止离子聚合物对催化剂的中毒，提高催化剂的利用率，提高质量活性和性能。
纳米多孔碳粉（NCP Supports TM ）是一种具有三维互连结构和可控孔径的介孔碳材料，其高孔隙率和低弯曲度可增强反应物（氢气和氧气）的传质，从而提高催化材料的利用率，同时降低传质阻力。
与蛋糕棒上的亮片不同，装载在 (NCP Supports TM ) 中的 Pt 就像蜂巢中的蜜蜂。介孔可保护催化剂免于脱落，并提供一定的限制以防止进一步聚集，从而提高燃料电池的耐用性。介孔还可以保护催化剂，尤其是 Pt，免受离子聚合物的毒害，从而进一步提高催化剂的活性和稳定性。此外，(NCP Supports TM ) 可以增强反应物和产物往返于催化剂表面的质量传输，从而提高燃料电池的效率以及催化剂的整体性能和寿命。
与非石墨化碳相比，石墨化碳的氧含量较少，因此在燃料电池运行过程中不易因氧化反应而发生碳腐蚀。 (NCP Supports TM ) 可进行热处理，甚至进一步石墨化，以提高其碳耐腐蚀性，从而提高耐用性。
内容由 Momentum Materials Solutions 提供
Momentum Materials Solutions 开发了新型纳米多孔碳粉产品，可提高 PEMFC 催化剂和 MEA 的性能，并使耐用性增加一倍以上。他们拥有一支多元化的技术团队，在化学工程、材料科学和燃料电池应用方面拥有专业知识。该公司总部位于加拿大卡尔加里，提供各种材料供全球运输。他们为氢经济提供先进材料，以提高 MEA 性能，并使燃料电池的使用寿命增加一倍以上。
最后更新：2024 年 2 月 15 日