车载燃料电池铂基催化剂课件.pptx

1、车载燃料电池铂基催化剂车载燃料电池铂基催化剂研究进展研究进展 燃料电池介绍燃料电池介绍车载燃料电池商业化前景及发展瓶颈车载燃料电池商业化前景及发展瓶颈车载燃料电池用车载燃料电池用铂基催化剂研究现状铂基催化剂研究现状云南省燃料电池研发的潜力云南省燃料电池研发的潜力主要内容主要内容 一、燃料电池介绍一、燃料电池介绍什么是燃料电池？什么是燃料电池？v燃料电池是一种电化学能量转化装置，它不通燃料电池是一种电化学能量转化装置，它不通过燃烧直接将燃料的化学能转化为电能。过燃烧直接将燃料的化学能转化为电能。燃料电池优势燃料电池优势能量转化效率高低污染或零污染充电速度快（补充燃料）维护成本低 燃料电池研究历程

2、燃料电池研究历程1839 年年 英国威尔士法官、发明家及物理英国威尔士法官、发明家及物理学家学家William Grove爵士发明了爵士发明了燃料电池。燃料电池。1959年英国年英国Francis T.Bacon 制造了一个制造了一个 40 个电池的电堆，功率达到了个电池的电堆，功率达到了5千瓦。他曾用千瓦。他曾用此电堆驱动电焊机、电锯和叉车。此电堆驱动电焊机、电锯和叉车。1980s-Ballard 技术突破技术突破1950-1970：Gemini 空间计划空间计划燃料电池分类燃料电池分类二、车载燃料电池商业化二、车载燃料电池商业化前景及发展瓶颈前景及发展瓶颈研究背景及驱动力：能源短缺研究背景

3、及驱动力：能源短缺中国中国石油、天然气对外石油、天然气对外依存依存度高于度高于55%55%研究背景及驱动力：环境污染研究背景及驱动力：环境污染 燃料电池燃料电池因具有高效、环保、燃料来源广及可靠因具有高效、环保、燃料来源广及可靠性高等优点成为世界各国研究的热点，性高等优点成为世界各国研究的热点，将是将是2121世纪最世纪最为重要的能源动力之一。为重要的能源动力之一。开发新能源开发新能源刻不容缓刻不容缓http:/ 燃料电池燃料电池汽车汽车北京奥运北京奥运上海世博会上海世博会广州亚运广州亚运其他其他交通工具上交通工具上的应用的应用车载燃料电池大规模车载燃料电池大规模商业化存在的障碍商业化存在的障

4、碍铂资源铂资源氢等原料氢等原料供给供给性能性能成本成本车用燃料电池成本构成车用燃料电池成本构成 催化剂催化剂 交换膜交换膜 极板极板 碳纸碳纸 50%15%15%8%降低催化剂的成本降低催化剂的成本是是燃料电池商业化关键燃料电池商业化关键之之所在所在!催化剂成本下降目标催化剂成本下降目标三、车载燃料电池三、车载燃料电池用铂基催化剂研究现状用铂基催化剂研究现状燃料电池（车载）氧还原催化剂研究进展燃料电池（车载）氧还原催化剂研究进展 项目项目 单位单位 2015年年目标目标 现状现状（文献报道）（文献报道）铂负载量铂负载量PGMmgPt/cm20.1250.15-0.20 PtCoMn合金催化剂合

5、金催化剂质量活性（质量活性（mass activity)A/mgPt0.440.24 PtCoMn合金催化剂合金催化剂0.43 Pt3Ni7合金催化剂合金催化剂面积活性面积活性(ECSA)A/cm2Pt7202100 PtCoMn合金催化剂合金催化剂2500 Pt3Ni7合金催化剂合金催化剂稳定性（稳定性（30000循循环后的损失量）环后的损失量）mV 在在0.8A/cm2%面积活性损失面积活性损失ECSA%质量活性损失质量活性损失3040%40%-40 mV-18%-48%稳定性（稳定性（1.2V条件条件下工作下工作400小时小时后的损失量）后的损失量）mV 在在1.5A/cm2%面积活性损

6、失面积活性损失ECSA%质量活性损失质量活性损失3040%40%-10 mV-10%-10%美国能源局公布的铂基燃料电池美国能源局公布的铂基燃料电池催化剂指标催化剂指标及现状及现状 1.Pt/C 目前典型催化剂目前典型催化剂目目 前前 状状 况况 商业化目标商业化目标 Pt Pt用量用量1g/KW,1g/KW,国国 际最先进水平际最先进水平0.32g/KW0.32g/KW MEA MEA上负载量为上负载量为0.6-0.8mg/cm0.6-0.8mg/cm2 2商业化的要求小于商业化的要求小于 0.10.2 g/kW,单位单位面积面积 MEA 的的 Pt 用量小于用量小于 0.2 mg/cm2,

7、是目前用量的是目前用量的1/51/10.日本日本TanakaTanaka和英国和英国 Johnson Matthey Johnson Matthey 需要大需要大幅度降幅度降低电催低电催化剂化剂 Pt 的用量的用量.（）Pt/C 活性组分颗粒粒径及单分散性活性组分颗粒粒径及单分散性Pt颗粒粒径颗粒粒径 5nm单分散性好！单分散性好！氧还原活性：氧还原活性：0.12-0.14A/mgPt日本日本TKK催化剂催化剂自制催化剂自制催化剂（）Pt/C Pt晶面与形貌控制晶面与形貌控制Science,2007,316:732-735.J.Am.Chem.Soc.,2007,129:3287-3291.N

8、anotechnology.2006,17:1300-1308.Fig.CV of(a)LG1：Pt/XC-72,(b)LG2：Pt/EC300J,and(c)LG3：Pt/EC600JD.Fig.(a)The polarization curves of Pt/XC-72(),Pt/EC300J(),and Pt/EC600JD(),C materialBETPt particle sizeby XRD(nm)pore sizesXC-722423.4250EC-300J7802.3EC-600JD14751.6CNT50280210250BP200015004.2100Fig.TEM im

9、ages of Pt/C catalystsPt/C催化剂面临难题催化剂面临难题（二）：（二）：催化剂性能的稳定性？催化剂性能的稳定性？（一）：（一）：Pt颗粒的脱落和长大？颗粒的脱落和长大？2 2、Platinum in Fuel Cells Gets a Helping HandPlatinum in Fuel Cells Gets a Helping Hand！12 JANUARY 2007 VOL 315 SCIENCEACS Catal.2012,2,891898ACS Catal.2012,2,825831Nano Lett.,2012,12(11),pp 58855889Natu

10、re Materials 12,8187(2013)表面偏析和电化学法调控低铂催化剂核壳精细结表面偏析和电化学法调控低铂催化剂核壳精细结构及催化性能构及催化性能研究研究3 3、非铂、非铂图 贵金属价格及地球上风度分布价格高，资源少！价格高，资源少！金属金属碳氮化合物是通过热解金属盐、碳化合物和碳氮化合物是通过热解金属盐、碳化合物和氮化合物的氮化合物的混合物而制得，被誉为混合物而制得，被誉为“准铂催化剂准铂催化剂”。Co-N/C Fe-N/C M-N/C 金属金属酞菁酞菁化合物化合物：金属卟啉化合物金属卟啉化合物：1964 年，年，Jasinsky在在Nature 上报道了酞菁钴（上报道了酞菁钴

11、（CoPc）能有效催化氧还原反应。能有效催化氧还原反应。SCIENCE VOL 332 22 APRIL 2011VOL.4 NO.3 13211326 2010 ACS,NANO,1323美国能源局公布的非铂燃料电池美国能源局公布的非铂燃料电池催化剂指标催化剂指标及现状及现状四四、云南省燃料电池研究基础及潜力、云南省燃料电池研究基础及潜力u 减少减少温室气体温室气体排放排放,改善空气质量，保护环境。改善空气质量，保护环境。u 研发新型的稀贵金属燃料电池催化剂，促进我省稀研发新型的稀贵金属燃料电池催化剂，促进我省稀 贵金属的深度开发和利用。贵金属的深度开发和利用。u 促进促进能源的多元化，减少

12、对水电、煤电的依赖能源的多元化，减少对水电、煤电的依赖，促进，促进 产业升级。产业升级。（1）燃料电池技术的重要性燃料电池技术的重要性u云南是有色金属王国，云南是有色金属王国，并拥有国家并拥有国家稀贵金属新材料产稀贵金属新材料产业化业化基地；基地；u云南拥有丰富的生物资源和磷矿石资源，其提炼加工云南拥有丰富的生物资源和磷矿石资源，其提炼加工产生的大量尾气，可转化合成燃料电池的原料；产生的大量尾气，可转化合成燃料电池的原料；u云南省拥有从事稀贵金属研究、加工及应用的单位云南省拥有从事稀贵金属研究、加工及应用的单位（如昆明贵金属研究所、贵研催化剂有限公司、昆明（如昆明贵金属研究所、贵研催化剂有限公

13、司、昆明理工大学），可为发展燃料电池提供技术支撑；理工大学），可为发展燃料电池提供技术支撑；（2）云南省燃料电池）云南省燃料电池研究基础研究基础（3）燃料电池燃料电池技术优先研究技术优先研究方向方向质子质子交换膜交换膜燃料电池阳极和阴极催化剂；燃料电池阳极和阴极催化剂；新型直接醇低温新型直接醇低温燃料电池催化剂；燃料电池催化剂；燃料电池燃料电池用氢的制备及储存技术；用氢的制备及储存技术；燃料电池电动车（电动自行车，电动汽车）、中燃料电池电动车（电动自行车，电动汽车）、中小型移动电源及其重要应用技术开发。小型移动电源及其重要应用技术开发。内容总结内容总结燃料电池的介绍及潜在应用燃料电池的介绍及潜在应用车载燃料电池铂基催化剂的研究进展车载燃料电池铂基催化剂的研究进展云南省燃料电池研究基础及潜力云南省燃料电池研究基础及潜力谢谢！谢谢！