一个研究小组开发出了一项突破性技术，大大提高了燃料电池的关键部件合金催化剂的耐久性。通过在合金结构中加入氮气，该团队解决了铂（Pt）催化剂的高成本和低耐用性，这是环保汽车质子交换膜燃料电池（PEMFC）商业化的两个主要障碍。
随着全球氢燃料电池商业化进程的加快，研究人员越来越关注如何克服关键技术挑战。在潜在的解决方案中，铂-钴（PtCo）合金已显示出卓越的性能，但由于其成本高和耐久性问题（主要源于钴容易溶解），在长期使用中面临着限制。
为了应对这些挑战，DGIST 的 Jongsung Yu 教授团队开发了一种创新的合成方法，将氮元素整合到铂钴合金中。这种氮掺杂方法通过钴氮键稳定了钴，有效地防止了钴的溶解，从而大大提高了合金的耐久性。这项技术不仅减少了铂的用量，而且保持了高性能和耐用性，为低铂高稳定性燃料电池的商业化铺平了道路。
这项研究成果发表在 Journal of the American Chemical Society上。
新开发的掺氮铂钴合金的显著特点是其表面和内部的有序铂钴结构，以及通过钴氮键实现的优异的结构稳定性。韩国Soogang大学的Seoin Baek教授进行的计算化学分析显示，这种强钴氮键将钴的溶解能提高了约两倍，显著增强了合金中钴的稳定性。
此外，该合金在加速耐久性评估中超过了美国能源部设定的 2025 年耐久性目标，在性能和寿命方面均优于现有的商用催化剂。
通过推动具有出色初始性能的铂钴合金在实用燃料电池中的应用，开发出了一种技术，可以同时满足氢燃料电池对寿命和效率的要求。这一成果将有助于使氢燃料电池成为汽车、船舶、航空和发电等各种应用领域的可持续能源解决方案。
原文链接: Muhammad Irfansyah Maulana et al, Cobalt Nitride-Implanted PtCo Intermetallic Nanocatalysts for Ultrahigh Fuel Cell Cathode Performance, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c09514
