目前商业化的氢燃料电池,如丰田MIRAN,在电池电极催化剂上采用的是碳载铂。虽已经商业化,但仍不是完美的,那商业应用的碳载铂存在什么问题呢?

我们知道,碳载铂,即铂是催化剂,碳是载体。要成为催化剂的载体,需要具备以下几个条件:活性比表面积高,能均匀载催化剂;孔结构要合适,能提供多的三相交界面TPB;稳定性要好,耐酸,耐电化学腐蚀;电导率高。以美国Cabot公司的VulcanXC为例,碳的比表面积约250㎡/g,电导率2.77S/cm。在比表面积和电导率方面,二者均可以满足成为载体的条件。

但碳作为催化剂铂的载体,并非完美,它同时存在以下问题。第一,载体碳的微孔比例较高,质子交换膜的导电离子难以进入微孔,造成微孔处的铂并没有参与催化作用,也就是说,这部分的铂是无效的,不能提供相应的三相交界面TPB;第二,碳的抗电化学腐蚀性能也比较弱,尤其在氢燃料电池工作时,碳的电压是低于电池的工作电压;另外,铂在起催化作用时,易发生溶解、团聚和位置偏移等失活现象[1]。

总之,铂的碳载体在活性比表面积和电导率方面满足成为催化剂载体的条件,但仍存在微孔结构多,耐电化学腐蚀性能弱,稳定性不好等缺陷。那为什么还要使用呢?这就是另外一个话题了,简单得说就是成本与技术之间的平衡结果。

[1]MaillardF,BonnefontA,,Electrochemistrycommunications[J].2011,(10).