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韓國浦項科技大學開發選擇性催化劑，可抑制汽車燃料電池腐蝕

2023-05-18 15:40:52 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

與汽車不同，火車沒有配備用于左轉或右轉的手動手柄，而是采用開關點機制控制，該機制允許在所需方向上進行受控行駛。這種操作模式可以比作用于氫動力汽車燃料電池催化劑的功能，以選擇性地觸發化學反應并阻止腐蝕。

據外媒報道，韓國浦項科技大學（POSTECH）Yong-Tae Kim教授（隸屬于材料科學與工程系和黑色金屬與能源材料技術研究所）和博士生Sang-Hoon You（材料科學與工程系）領導的研究小組開發出選擇性催化劑，通過調整氫氧化反應以匹配燃料電池中的氫濃度，可抑制用于氫動力汽車中燃料電池的腐蝕。相關研究已發表于期刊《ACS Energy Letters》。

圖片來源：浦項科技大學

燃料電池容易受到許多因素的影響，從而降低其耐用性。因素之一是降解，特別是在陰極催化劑中，因為這種催化劑通常會暴露在汽車的啟動和關閉操作中。此外，汽車燃料電池本質上也會經歷啟動和關閉的重復循環。在車輛正常運行期間，燃料電池持續供應高濃度氫氣，但當汽車關閉或啟動時，氫氣濃度會暫時下降。因此，當外部空氣與燃料電池內的氫氣混合時，會觸發陽極中意外的氧還原反應，導致陰極突然出現電位跳躍和碳腐蝕。

該研究團隊設計出新催化劑（Pt/TiO2），包括沉積在二氧化鈦（TiO2）上的鉑（Pt），可有效阻止氫動力汽車中燃料電池的腐蝕。這種電催化劑的性能來自于二氧化鈦和鉑之間的強大相互作用，以及氫溢出改變材料表面電導率以響應其附近氫濃度的能力。

當車輛突然停止或啟動時，燃料中的氫濃度會相應降低。由于氫濃度降低，二氧化鈦會膨脹到鉑上，導致鉑被埋在催化劑表面下方。而由于二氧化鈦具有低導電性，這種由二氧化鈦膨脹引起的鉑掩埋最終將催化劑轉化為絕緣體。但這種絕緣效應會阻礙催化劑的導電能力，從而防止了不必要的氧氣還原，因為氧氣還原可能導致陰極突然出現電位跳躍。

相反，在標準車輛運行期間，車內的氫氣濃度仍然很高。在如此高的氫濃度條件下，高導電性的鉑會暴露在催化劑表面，且二氧化鈦發生還原反應，促進氫在催化劑表面的遷移。這種稱為氫溢出的現象增強了電流并增加了氫氧化反應。

研究團隊還進行了仿真測試，以比較新開發的催化劑和傳統催化劑。測試結果表明，相對于傳統燃料電池，使用Pt/TiO2催化劑的燃料電池的耐用性提高了三倍。這表明通過使用選擇性氧還原反應和基于氫濃度的氫氧化反應，該團隊成功地提高了燃料電池的耐久性。

如果這項研究有助于克服氫動力汽車燃料電池面臨的耐久性挑戰，那么這種新材料可能會提升韓國氫燃料汽車在下一代移動出行行業中的地位。

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