【汽车材料网】伯尔尼大学化学与生物化学系（the Department of Chemistry and Biochemistry）教授Matthias Arenz领导的国际团队成功使用特殊工艺生产了不含碳载体的燃料电池催化剂，与现有催化剂不同，该催化剂由薄金属网组成，因此更耐用。
该结果已发表在《自然材料》上。这项研究是DCB、哥本哈根大学以及莱布尼兹等离子科学技术研究所之间的一项国际合作，同时使用了Paul Scherrer研究所的瑞士光源（SLS）基础设施。
Credit: Gustav Sievers
用于氢燃料电池的新型电催化剂由薄铂-钴合金网组成。与当今常用的催化剂不同，它不需要碳载体。
近年来，质子交换膜燃料电池（PEMFC）的研究和开发取得了长足的进步，并在多家汽车公司的燃料电池汽车的批量生产中达到了工业成熟，这种进步部分归因于工程技术的快速发展和更有效的燃料电池催化剂。目前的研究水平，多种催化剂的催化活性已经能够将铂（Pt）的使用量减少五到十倍。与标准铂/碳（Pt / C）催化剂相比，大多数催化剂是通过降低电化学表面积（ECSA）来提高比活性（SA）来达到高质量的活性（MAs）。
然而，汽车燃料电池系统在高电流密度下运行，因此具有相对较大的超电势。随着超电势的增加，速率控制步骤的性质会发生变化，质量传递也影响其性能。在低电势的低电流密度下，大多数催化剂降低ECSA不会影响其性能。但是，在燃料电池工作时，却能达到超电势（例如0.5V），电荷在活性催化剂上转移速率加快，并且质量传递（尤其是耐氧性）变得越来越受速率限制。值得注意的是，功率密度取决于每质量的ECSA，因此提高SA和ECSA对于在汽车PEMFC应用中实现高性能至关重要。
基于此，Sievers等研究人员提出了一种自支撑催化剂的概念，该催化剂能够将高SA与高ECSA相结合。
为了使燃料电池发电，两个电极都必须涂有催化剂。没有催化剂，化学反应将进行得非常缓慢。这尤其适用于第二电极，氧电极。但是，催化剂中的铂-钴纳米颗粒可能在车辆使用过程中“融化”。这减少了催化剂的表面积并因此降低了电池的效率。
另外，当驾车行驶时，固定催化剂的碳会被腐蚀。这不仅减少了燃料电池的寿命还降低了车辆的使用时长。
Matthias Arenz教授表示：“我们的动机是生产不含碳载体的电催化剂，尽管如此，碳载体还是很强大的。”
以往，没有载体材料的类似催化剂仅具有较小的电化学表面积。由于表面积的大小对催化剂的活性及其性能至关重要，因此不适合工业使用。
研究人员使用了一种称为阴极溅射的工艺。通过这种方法，载体材料（这里是铂或钴）通过离子轰击而雾化，释放的气态原子凝结为粘合剂层。
通过特殊的溅射工艺和后续处理，可以形成多孔的结构，从而使催化剂具有较大的表面积并同时具有自支撑性。
这项技术在工业上具有可扩展性，可以达到更大的生产量，例如应用在汽车行业。这一发现对于发展可持续能源也具有重要意义。
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