【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】氫氣燃料電池作為一種清潔高效的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，其耐久性和成本是規(guī)模化應(yīng)用的主要瓶頸。其中，啟停(SU/SD)過程中的反向電流衰減(RCD)現(xiàn)象導(dǎo)致的陰極腐蝕是影響耐久性的關(guān)鍵問題。在啟停過程中，陽極會(huì)形成氫氣和空氣共存區(qū)域，引發(fā)寄生氧還原反應(yīng)(ORR)，產(chǎn)生超過1.5 V的界面電位差，導(dǎo)致陰極碳載體和催化劑嚴(yán)重氧化降解(圖1)。傳統(tǒng)解決方案依賴復(fù)雜系統(tǒng)(如惰性氣體吹掃)或昂貴的抗腐蝕材料，增加了成本和系統(tǒng)復(fù)雜性。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高敏銳教授與唐凱斌教授團(tuán)隊(duì)合作，報(bào)道了一種銅摻雜改性的鉬鎳基合金催化劑(MoNi3.6Cu0.4)，成功解決了陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)啟停過程中的陰極腐蝕難題。該催化劑在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的氫氧化反應(yīng)(HOR)催化活性和對(duì)氧還原反應(yīng)(ORR)的惰性。這種獨(dú)特的雙功能特性使其能夠有效抑制啟停階段由寄生ORR引發(fā)的瞬時(shí)界面電位驟升，從而保護(hù)陰極。相關(guān)成果以“Copper-Tailored Molybdenum-Nickel Catalyst Boosts Hydrogen Oxidation and Suppresses Parasitic Oxygen Reduction for Durable Fuel Cells”為題6月25日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上(Angew. Chem. Int. Ed.2025,e202508535)。
 

圖1: AEMFC啟停中RCD過程的示意圖
 

　　研究團(tuán)隊(duì)通過微波加熱和后續(xù)熱處理成功制備了MoNi3.6Cu0.4催化劑，并將其用作AEMFC陽極催化劑的膜電極組件進(jìn)行模擬啟停循環(huán)測(cè)試。結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)的Pt/C陽極，使用該催化劑的電池在啟停過程中陰極電位躍遷從1.4 V大幅降低至安全范圍(圖2)。經(jīng)過10次啟停循環(huán)后，陰極催化劑層厚度幾乎保持不變，陰極電荷轉(zhuǎn)移阻抗的增幅也遠(yuǎn)低于Pt/C，峰值功率密度保持率達(dá)61%，顯著優(yōu)于Pt/C(28%)和未摻雜鉬鎳合金(47%)，陰極腐蝕現(xiàn)象近乎消失。
 

圖2:啟停過程單電池耐久性
 

　　該工作開發(fā)了一種高效的非貴金屬陽極催化劑，通過對(duì)HOR和ORR反應(yīng)的“選擇性催化”，為解決燃料電池啟停過程中的關(guān)鍵RCD問題提供了一種簡(jiǎn)便有效的方案，無需復(fù)雜的系統(tǒng)改造即可顯著提升電池耐久性。
 

　　論文的通訊作者是合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心的高敏銳和唐凱斌教授。中國(guó)科大葛曉琳和徐銅文教授為該工作提供了MTCP-50陰離子交換膜。論文共同第一作者為中國(guó)科大博士研究生朱磊、特任副研究員張曉隆、博士研究生楊宇、李燁成和王業(yè)華。相關(guān)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。