天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)為氫燃料電池降本增效

中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 劉曉艷 記者 陳欣然）在氫燃料電池中，傳統(tǒng)電極通常由催化劑顆粒隨機(jī)堆疊而成。這種電極有著明顯缺陷——質(zhì)量傳輸阻力較大，催化劑利用率較低。日前，天津大學(xué)焦魁教授團(tuán)隊(duì)基于靜電紡絲技術(shù)研發(fā)出一款新型電極，通過靜電紡絲使催化劑顆粒像蠶吐出絲一樣串成線，再層層紡成新型電極，該新型電極具有高比表面積、高孔隙率和大孔徑等特點(diǎn)。這一成果的相關(guān)論文在《科學(xué)通報(bào)》（Science Bulletin）上發(fā)表。

氫能因其高能量密度而被認(rèn)為是一種極具前景的清潔能源，引起了全球的廣泛關(guān)注。在氫能技術(shù)中，質(zhì)子交換膜燃料電池以其高功率密度、零排放和快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)脫穎而出，其能夠?qū)淠芨咝мD(zhuǎn)化為電能，已廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、固定式發(fā)電和便攜式電源等領(lǐng)域。

“理想的燃料電池電極結(jié)構(gòu)應(yīng)具備良好的三相反應(yīng)界面，能夠促進(jìn)電池內(nèi)部的氣體擴(kuò)散與液態(tài)水管理?！苯箍淌诮榻B，相比傳統(tǒng)顆粒堆疊電極，該新型電極具有梯度孔隙率、更大的孔和更低的迂曲度，可明顯改善低鉑燃料電池的電化學(xué)性能、提高其耐久性。

論文的第一作者天津大學(xué)英才副教授樊林浩介紹，相對(duì)較高的成本是燃料電池大規(guī)模商業(yè)化的主要障礙之一。氫燃料電池目前使用貴金屬鉑，減少鉑用量的同時(shí)提高其性能和耐久性，對(duì)于降低燃料電池成本至關(guān)重要?！靶滦碗姌O結(jié)構(gòu)要能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉑用量的減少與耐久性的提高，這對(duì)于推動(dòng)燃料電池的商業(yè)化非常重要?！睋?jù)悉，這種新型電極結(jié)構(gòu)顯著提升了鉑利用率和物質(zhì)傳輸效率，并有效抑制了鉑的溶解、沉積和離子擴(kuò)散，可使鉑載量由現(xiàn)在商用產(chǎn)品的0.2克/千瓦左右降到0.1克/千瓦，且表現(xiàn)出更為優(yōu)異的耐久性。

據(jù)了解，焦魁教授團(tuán)隊(duì)2021年在《自然》（Nature）上曾發(fā)表關(guān)于氫燃料電池的綜述長(zhǎng)文，其中也展望了未來燃料電池膜電極的設(shè)計(jì)路線。本工作所設(shè)計(jì)的新型納米纖維電極同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鉑用量的減少與耐久性的提高，這一進(jìn)展有可能改變?nèi)剂想姵胤磻?yīng)電極的設(shè)計(jì)，有利于突破質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化的成本和耐久性瓶頸。此外，該新型納米纖維電極不僅能夠應(yīng)用于燃料電池，在其他電化學(xué)裝置，比如水電解槽、二氧化碳還原電解槽等領(lǐng)域，也具備一定的適用性。