用于燃料电池的新型催化剂

燃料电池通常用于从氢或甲醇产生电能。纳米催化剂推动了这一过程——但到目前为止，这些材料的质量差异很大。

Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP 的CAN研究部门消除了这些问题：采用优化的催化剂和连续、可再生的生产工艺，并对材料性能进行了很好的控制。



氢是一个未来的问题——例如，氢驱动器旨在以一种有意义的方式补充电动性。燃料电池有助于将储存在氢气或甲醇中的化学能转化为可用电能，即发电。基于铂的纳米催化剂用于在可管理的温度和合理的能量输入下实现这一点。以前的生产方法都是基于分批合成，对颗粒的大小、形状和组成控制不足。然而，这些参数对催化过程有很大的影响。纳米颗粒特别适合用作催化剂，因为相对于所用材料的数量，它们具有较大的表面积。因此，它们的使用节省了材料和成本。问题是传统催化剂材料的质量可能会有很大的差异。

从未间断的研究和可利用性产品

Fraunhofer IAP 研究部门的科学家现在可以开发出稳定高效的催化剂并优化其生产工艺——这是由德国联邦经济事务和能源部BMWi资助的HiKAB项目，简称“用于燃料电池的分层复合纳米颗粒系统”（FKZ 03ET1435A）。“我们已经将批量生产过程转变为连续生产过程，”Fraunhofer IAP 部门主管Christoph Gimmler博士说。“在这样做的过程中，我们依靠自下而上的过程——一个原子一个原子地构建纳米颗粒。这样，我们不仅可以通过合成指导生产出一致、高质量的纳米颗粒，还可以选择性地调整催化剂颗粒的大小、类型和组成。”在研究小组开发和建造的反应器中，该合成过程持续运行——特别是临界成核阶段。它的特别之处在于研究小组在空间和时间上将成核阶段与生长阶段分开，通过这种方式可以很好地控制反应温度。这使得研究人员还对催化剂材料本身进行了优化。“我们已经用一种不那么贵、因而也不那么昂贵的金属取代了部分铂。” Gimmler指出，这不仅对材料成本有积极的影响，而且还能使催化剂更有效地工作并延长其使用寿命。

目前已经提供了概念证明：研究人员已经在直接甲醇燃料电池中测试了生产的催化剂，并取得了成功。在长期测试中，他们现在将准确分析新材料和优化的生产工艺在节约成本方面能提供多少。从最初的测量结果可以清楚地看出，所开发的催化剂对于氢燃料电池也是非常有趣的。

分析材料的系统性

到目前为止，研究小组在HiKAB项目中开发的催化剂材料只能进行电化学测试。在由科学、研究、平等和地区管理局（BWFGB）资助的ProkAB项目中，Fraunhofer IAP 现已建立了一个用于常规测量的燃料电池试验台。“我们已经扩大了我们的表征谱，现在能够在燃料电池水平上测试我们开发的材料，”Gimmler报道。“可以说，这使我们能够进行试金石试验——毕竟在系统层面比在实验室发挥作用的参数更多。”因此Fraunhofer IAP 不仅提供了材料开发方面的专业知识，而且还提供了燃料电池特性方面的专业知识。

Fraunhofer IAP 的氢能研究

开发稳定高效的燃料电池催化剂是Fraunhofer IAP作为氢战略的一部分所追求的活动之一。“通过我们的研究，我们正在推动可再生能源的使用。除了用于燃料电池的催化剂和膜外，重点还在于能够产生和储存氢气的创新材料。例如，我们的轻型结构专家目前正在与合作伙伴开发小型高效风力涡轮机，以及可以安全存储氢气的储氢罐。”Fraunhofer IAP 主任教授Alexander Böker表示。