质子交换膜燃料电池超低铂化过程中物质传输的分析与展望

居高不下的成本已成为车用质子交换膜燃料电池商业化的最大阻碍.其中,用于阴极氧还原反应的Pt基贵金属催化剂的成本占比最高,降低Pt用量是控制燃料电池成本的关键.然而,一方面,Pt载量的降低会引起阴极氧气传质阻力明显加大,包括催化层纳米孔道内氧气扩散引起的体相传质阻力和氧气跨越Pt表面超薄离子树脂薄膜导致的局域传质阻力,从而引起电池性能的急剧恶化.另一方面,超低Pt膜电极中的质子传导问题也会降低电池的性能.这是由于离子树脂薄膜的限域作用削弱了离子树脂内部的亲疏水相分离,减少了质子的传输通道和传递效率,造成了较大的欧姆阻抗.本文详细分析了Pt载量不断降低时,阴极催化层内的氧气体相、局域传输以及质子传导规律,及其对电池性能的影响,并针对其作用机制提出了应对策略.