燃料电池膜和材料_能源材料_材料科学-默克生命科学

产品

固体氧化物燃料电池（SOFC）

固体氧化物燃料电池利用固体氧化物电解质，将负氧离子从燃料电池的阴极传导至阳极。我们的固体氧化物材料包括多种钇稳定氧化锆（YSZ）、镧锶锰氧化物（LSM）、钆掺杂氧化铈（GDC）以及其他专门为提高SOFC应用的耐久性和性能而设计的陶瓷材料。

质子交换膜（PEM）燃料电池

质子交换膜（PEM）燃料电池，也称为聚合物电解质膜燃料电池，工作温度相对较低（约80 °C）。在PEM燃料电池中，聚合物膜将质子从阳极传导至阴极，同时阻隔电子，通过水电解产生能量。

燃料电池组件

燃料电池装置通常由多个串联连接的燃料电池组成，形成堆栈，从而提高总发电量。每个单独的燃料电池包含三个主要组件：两个电极（阳极和阴极）以及导电电解质。对于PEM燃料电池，每个电极由一种多孔、高比表面积的材料组成，该材料中浸渍有电催化剂，通常为铂或铂合金。 电解质材料是一种聚合物膜，起到离子导体的作用。

对于以纯氢为燃料的燃料电池，氢气在阳极被分解为质子和电子。质子通过电解质膜传导，电子则绕过膜流动，从而产生电流。带电离子（H+ 和 e-）在阴极与氧气结合，生成水和热量。

燃料电池催化剂

铂在氢氧化反应中表现出高活性，至今仍是常用的电催化剂材料。燃料电池研究的一个主要方向是降低铂含量，同时不降低电池性能，从而提高设备的整体成本效益。 通过使用由铂纳米颗粒负载在导电碳上的工程化催化剂（738581、738549 和 738557），可以实现这一目标。这些材料的优势在于纳米颗粒高度分散、电催化表面积（ESA）大，且即使在较高铂负载量下，高温下的颗粒生长也极小。

含铂合金适用于使用特殊燃料（如甲醇或重整气（H₂、_CO₂、CO 和 _N₂））的装置。例如，与纯铂电催化剂相比，Pt/Ru 合金在甲醇氧化和一氧化碳中毒方面表现出了更优异的性能。 Pt3Co是另一种备受关注的催化剂（特别适用于PEMFC阴极），在氧还原反应中表现出了增强的性能以及高稳定性。Vulcan® XC72是一种介孔炭黑，用作催化剂载体。其高比表面积和优异的导电性有助于提高PEMFC的性能，并在催化过程中调控催化剂纳米颗粒的尺寸。

燃料电池膜

选择燃料电池电解质时需考虑若干关键要求。理想的特性包括高质子电导率、高化学和热稳定性以及低气体渗透性。Aquivion® D79-25BS 是一种全氟磺酸（PFSA）离子聚合物分散体，用于制造 PEM 隔膜，并作为异相催化剂的组分。 Aquivion® D79-25BS 具有极高浓度的官能团，可提供强劲的质子（或 Na+、K+、Li+ 等）导电性；其软化点较高，可支持远高于 80 ºC 的高温运行；同时还具有很强的保水能力，对于采用该分散体的膜或催化剂墨水，可在低湿度条件下提升燃料电池的运行性能。