燃料电池电催化剂的研究进展苏刚栋【摘要】燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，催化剂的制备方法是燃料电池电极催化剂开发中重要课题之一。
将催化剂担载到多孔、大表面积的载体上，或将催化剂制作成纳米结构可极大的提高催化剂利用效率，同时也可防止燃料电池在使用过程中催化剂的团聚。
铂是目前为止认为最有效的催化剂，将其制作成纳米中空球结构和纳米线结构，然后负载到碳载体上可显著提高其催化性能和利用效率。
【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P38-41)【关键词】燃料电池;电催化剂;纳米中空球;纳米线【作者】苏刚栋【作者单位】美华建设有限公司，江西南昌330000【正文语种】中文在新能源技术开发的过程中，燃料电池占据了重要的位置。
燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，它按照电化学原理在等温条件下将贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。
它的整个系统不经过热机过程，所以不受卡诺循环的限制。
另外，燃料电池是一种环境友好型能源方式，不产生氮氧化物和硫化物，产生的二氧化碳也只有电厂的40%。
此外，因为可选择的燃料多样化，减缓了目前石油枯竭的压力。
同时，燃料电池还具备排气干净、噪音低、对环境污染小并具备可靠性等优点。
在燃料电池的发展初期，由于装置造价昂贵，无法在民用方面得到推广，其主要的技术应用集中在航空航天领域，美国和前苏联曾经广泛采用氢氧燃料电池作为空间轨道站的电源。
经过多年的研究与开发，燃料电池的价格已大幅度的下降，并逐步转向民用产品应用。
各国政府加大了投资力度，成功开发了各种型号的燃料电池，应用到人们日常生活的各个方面，如便携式电源、车辆用动力电源、家用电源以及中小型电站等。
德国Siemens公司、加拿大Ballard公司已经采用燃料电池技术建立了多座固定式燃料电池发电站。
目前，除了美国、加拿大、日本、德国和意大利等发达工业国家外，许多发展中国家也在进行或着手进行燃料电池的研究与开发。
燃料电池的研究进展综述⼀. 燃料电池简介1.定义燃料电池(Fuel Cells)是⼀种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置，能量转化率⾼。
燃料和空⽓分别送进燃料电池，电就被奇妙地⽣产出来。
它从外表上看有正负极和电解质等，像⼀个蓄电池，但实质上它不能“储电”⽽是⼀个“发电⼚”。
由于在能量转换过程中，⼏乎不产⽣污染环境的含氮和硫氧化物，燃料电池还被认为是⼀种环境友好的能量转换装置。
由于具有这些优异性，燃料电池技术被认为是21世纪新型环保⾼效的发电技术之⼀。
随着研究不断地突破，燃料电池已经在发电站、微型电源等⽅⾯开始应⽤。
2.基本结构燃料电池的基本结构主要是由四部分组成，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。
通常阳极为氢电极，阴极为氧电极。
阳极和阴极上都需要含有⼀定量的电催化剂，⽤来加速电极上发⽣的电化学反应，两电极之间是电解质。
图1.燃料电池基本结构⽰意图3.分类⽬前燃料电池的种类很多，其分类⽅法也有很多种。
按不同⽅法⼤致分类如下：(1)按运⾏机理来分类：可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池；(2)按电解质的种类来分类：有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质；图2.燃料电池分类详细介绍(3)按燃料的类型来分类：有直接式燃料电池和间接式燃料电池；(4)按燃料电池⼯作温度分：有低温型(低于200℃)；中温型(200-750℃)；⾼温型(⾼于750℃)。
4.原理燃料电池的⼯作原理相对简单，主要包括燃料氧化和氧⽓还原两个电极反应及离⼦传输过程。
早期的燃料电池结构相对简单，只需要传输离⼦的电解质和两个固态电极。
当以氢⽓为燃料，氧⽓为氧化剂时，燃料电池的阴阳极反应和总反应分别为：阳极：H2 → 2Ｈ＋＋2ｅ-阴极：1/2 O2＋2Ｈ＋＋2ｅ-→Ｈ2O总反应：H2＋1/2Ｏ2 →H2O其中，Ｈ2通过扩散达到阳极，在催化剂作⽤下被氧化成和ｅ-，此后，Ｈ通过电解液到达阴极，⽽电⼦则通过外电路带动负載做功后也到达阴极，从⽽与O2发⽣还原反应（ORR）。
燃料电池催化材料研究进展一、引言燃料电池是一种利用化学能直接转换成电能的新型电池，具有高效率、零排放、环保、持续稳定等优势，将成为未来的主要能源之一。
其中，燃料电池的催化材料是其性能的关键因素，而随着科技的不断发展，燃料电池催化材料的研究也取得了长足的进展。
本文将对燃料电池催化材料的研究进展进行介绍。
二、Pt催化剂Pt催化剂是燃料电池中常用的催化剂之一，其催化氢氧化反应的活性高，但是其价格昂贵，燃料电池的成本受到极大影响。
因此，研究如何减少Pt的使用量和提高其利用率是目前的研究重点之一。
1.1 Pt基合金催化剂Pt基合金催化剂能够显著增加Pt的利用效率，同时降低催化剂的成本。
研究表明，Pt合金化后的催化剂催化性能更优，比如，Pt-Ni合金催化剂比纯Pt催化剂能够更好地催化氧还原反应。
1.2 Pt基核壳结构催化剂Pt基核壳结构催化剂的核部分可以使用价格更为低廉的材料，而将Pt作为壳层，这样既减少了Pt的使用量，又能提高其利用效率。
三、非Pt催化剂虽然Pt催化剂是目前最常用的，但是由于其价格昂贵，非Pt 催化剂也备受关注。
3.1 金属氧化物催化剂金属氧化物催化剂具有价格低廉、稳定性高等优点，如CoFe2O4、MnO2等。
研究表明，这些金属氧化物催化剂能够替代Pt催化剂催化氧还原反应，在低温、高流量等条件下表现优异。
3.2 碳基多孔催化剂碳基多孔催化剂不仅可以制备成各种形状，而且表现活性高、稳定性好等特点。
如Cr-dopd CNTs等。
3.3 氮掺杂碳催化剂氮掺杂碳催化剂能够提高碳的催化活性，同时在制备该类催化剂的过程中，可以使用易得的材料，提高制备过程的可行性。
四、小结在燃料电池的发展中，催化材料起着至关重要的作用。
Pt催化剂虽然活性高，但是价格昂贵，研究Pt基合金催化剂、Pt基核壳结构催化剂等可以有效降低成本。
非Pt催化剂例如金属氧化物催化剂、碳基多孔催化剂、氮掺杂碳催化剂等正在成为燃料电池催化材料的新方向。
