| 燃料电池(fuel ceUs, FCs)是一种使燃料氧化时释放出的化学能直接转变成电能的电化学装置，由多孔材料和催化剂组成。常用燃料除氢气外，还有甲醇、联氨和烃类等。氧化剂一般为氧气和空气。电解质常见的有磷酸、氢氧化钾、熔融碳酸盐及离子交换膜等。燃料电池按工作温度可分为低温、中温和高温三种类型。与常规电池相比，燃料电池具有能量转换效率高、可连续运转、环境友好、低噪声以及效率不随电池功率和负荷大小而变化等特点。因此，在小规模的系统里能呈现高的产出效率。只要提供燃料，FCs的性能就能保持，并且取决于选择的燃料。 质子交换膜嫌料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEM-FC)，具有能量转换效率高，燃料来源丰富，贮存与携带方便，安全可靠，有明确应用前景，备受世界各国关注。对使用甲醇燃料的质子交换膜燃料电池称为直接醉嫩料电池(direct-methanol fuel cell, DM-FC)。目前国内外都在研制电动汽车、小型电站、应急电源和不间断电源等，且已有示范工程。然而PEMFC还存在一些限制其大规模商业化应用的问题:一是目前使用的Nafion质子交换膜的工作温度低(80度)，化学能利用不足，而对DMFC还有甲醇渗透导致电池的输出功率大幅度降低的问题;二是氧在阴极还原与水分子作用生成过氧化氢，对Nafion质子交换膜和碳质载体产生严重腐蚀作用，降低催化性能和影响电池寿命;三是目前常用的Pt/C催化剂价格高，铂的资源有限，且存在碳质载体的腐蚀，R微颗粒的聚并长大催化性能下降问题。若把电池工作温度提高到中温(100℃以上)，铂的热稳定性和抗腐蚀性能明显下降。为此，国内外然料电池材料研究领域关注的核心问题是:催化剂、催化剂载体、复合质子交换膜和双电极等新材料的研究和试制。 近年来研究采用高性能的碳质载体，如碳纳米管、石墨化炭黑和富勒烯等，虽能大大降低碳质材料的腐蚀速率，但作为长时间使用的催化剂载体，还是未能从根本上解决其在长期启动一制动循环过程中的稳定性问题。也有研究采用氧化物(如TiO2 , M,, SnO2 , Ce02和掺杂氧化物等氧化物)包覆碳质材料作为载体负载贵金属催化剂的研究。虽然氧化物具有很好的抗氧化性，能改善碳质的腐蚀速率，且有助催化性能可降低贵金属的用量，但依然没有从根本上解决载体的长时间稳定性问题。况且氧化物的电子导电性与碳质载体相比相差甚远，使电极催化剂的导电问题显现。人们期望能够用抗氧化性高于碳质材料，而电子导电性能与全碳质载体相当的氧化物载体替代目前的碳质载体，从根本上解决碳载体的腐蚀问题。众多氧化物中具有可与石墨化碳材料的室温电子电导率相比的Ti-O Magneli相材料成为备选材料之一。 为提高催化剂的活性、耐毒性和长期稳定性，减少铂用量，非铂和部分替代铂的阴极催化剂已成为目前国内外的研究热点。合成的MoN催化剂的透射电子显微镜照片。在研究Pt-Bi新体系催化剂时，发现PtBi, PtBi2(图1-4)等金属间化合物具有良好的氧还原催化性能和抗甲醇中毒性能。101.31具有抗甲醉中毒性能的原因，是因10.1电极表面氧还原电流增大，提高了电催化剂对氧还原反应的催化活性。同时提出111 I31材料中Pt的d电子空穴增加和铂“皮肤”效应机理。这为寻找和设计高效的催化剂建立更加清晰的理论依据。 针对提高催化剂的活性和寿命以及长期稳定性，降低贵金属使用量，降低成本促进规模化商业应用，研究用化学镀法在Ti-O Magneli相材料负载Pt (Pt-Ni)催化剂对促进直接醇燃料电池和质子交换膜燃料电池的规模化应用具有重要的意义。 |
