Pt particle size pore sizes by XRD (nm)
XC-72 EC-300J EC-600JD
242 780 1475
CNT BP2000
50~280 1500
3.4 2.3 1.6
2~10 4.2
2~50
2~50 100
Fig. CV of (a) LG1：Pt/XC-72, (b)LG2： Pt/EC300J, and (c) LG3：Pt/EC600JD.
云南省燃料电池研究基础及潜力
谢谢！
（3）燃料电池技术优先研究方向
➢ 质子交换膜燃料电池阳极和阴极催化剂； ➢ 新型直接醇低温燃料电池催化剂； ➢ 燃料电池用氢的制备及储存技术； ➢ 燃料电池电动车（电动自行车，电动汽车）、中
小型移动电源及其重要应用技术开发。
内容总结
1
燃料电池的介绍及潜在应用
2 车载燃料电池铂基催化剂的研究进展
3
2、 PtM/C 催化剂（合金&核壳结构）
Platinum in Fuel Cells Gets a Helping Hand！！
12 JANUARY 2007 VOL 315 SCIENCE
ACS Catal. 2012, 2, 891−898
ACS Catal. 2012, 2, 825−831
Fig. (a) The polarization curves of Pt/XC-72 (▲), Pt/EC300J(●), and Pt/EC600JD (■),
（ Ⅲ ） Pt/C ——载体处理
Fig. TEM images of Pt/C catalysts
Pt/C催化剂面临难题 （一）：Pt颗粒的脱落和长大？ （二）： 催化剂性能的稳定性？
目前状况
需要大 幅度降 低电催 化剂 Pt 的用量.
Pt用量1g/KW,国 际最先进水平0.32g/KW MEA上负载量为0.6-0.8mg/cm2
（ Ⅰ ） Pt/C ——活性组分颗粒粒径及单分散性
氧还原活性：0.12-0.14A/mgPt
Pt颗粒粒径≤ 5nm 自制催化剂单分散性好！
日本TKK催化剂
-40 mV -18% -48%
<30 <40% <40%
-10 mV -10% -10%
美国能源局公布的铂基燃料电池催化剂指标及现状
车载燃料电池阴极氧还原催化剂
Pt/C
PtM/C
非铂型
1. Pt/C —— 目前典型催化剂
日本Tanaka和英国 Johnson Matthey
商业化目标 商业化的要求小于 0.1~0.2 g/kW, 单位 面积 MEA 的 Pt 用量小于 0.2 mg/cm2, 是目前用量的1/5~1/10.
燃料电池研究历程
1950-1970：Gemini 空间计划
1839 年 英国威尔士法官、发明家及物理 学家William Grove爵士发明了燃料电池。
1959年英国Francis T. Bacon 制造了一个 40 个电池的电堆，功率达到了5千瓦。他曾用 此电堆驱动电焊机、电锯和叉车。
1980s - Ballard 技术突破
燃料电池分类
二、车载燃料电池商业化前景及发展瓶颈
研究背景及驱动力：能源短缺
中国石油、天然气对外 依存度高于55%
研究背景及驱动力：环境污染
开发新能源 刻不容缓
燃料电池因具有高效、环保、燃料来源广及可靠性 高等优点成为世界各国研究的热点，将是21世纪最为 重要的能源动力之一。
清洁能源开发
/heslin_rothenberg_farley_/2013/03/
产业升级。
（2）云南省燃料电池研究基础
云南是有色金属王国，并拥有国家稀贵金属新材料产 业化基地；
云南拥有丰富的生物资源和磷矿石资源，其提炼加工 产生的大量尾气，可转化合成燃料电池的原料；
云南省拥有从事稀贵金属研究、加工及应用的单位 （如昆明贵金属研究所、贵研催化剂有限公司、昆明 理工大学），可为发展燃料电池提供技术支撑；
（ Ⅱ ） Pt/C ——Pt晶面与形貌控制
Science, 2007, 316: 732-735.
J. Am. Chem. Soc., 2007, 129: 3287-3291.
Nanotechnology. 2006, 17:1300-1308.
（ Ⅲ ）Pt/C ——载体选择
C material BET
稳定性（1.2V条件 ~mV 在1.5A/cm2 下工作400小时 %面积活性损失ECSA 后的损失量） %质量活性损失
2015年 目标
0.125
现状（文献报道） 0.15-0.20 PtCoMn合金催化剂
0.44
720
<30 <40% <40%
0.24 PtCoMn合金催化剂 0.43 Pt3Ni7合金催化剂 2100 PtCoMn合金催化剂 2500 Pt3Ni7合金催化剂
VOL. 4 ▪ NO. 3 ▪ 1321–1326 ▪ 2010 ACS,NANO,1323
美国能源局公布的非铂燃料电池催化剂指标及现状
四、云南省燃料电池研究基础及潜力
（1）燃料电池技术的重要性
减少温室气体排放,改善空气质量，保护环境。 研发新型的稀贵金属燃料电池催化剂，促进我省稀
贵金属的深度开发和利用。 促进能源的多元化，减少对水电、煤电的依赖，促进
1964 年，Jasinsky在Nature 上报道了酞菁钴（CoPc） 能有效催化氧还原反应。
Co-N/C
Fe-N/C
金属酞菁化合物： 金属卟啉化合物：
M-N/C
金属碳氮化合物是通过热解金属盐、碳化合物和氮化合物的 混合物而制得，被誉为“准铂催化剂”。
SCIENCE VOL 332 22 APRIL 2011
燃料电池公共汽车
燃料电池汽车
北京奥运 上海世博会
广州亚运
其他交通工具上的应用
车载燃料电池大规模商业化存在的障碍
车用燃料电池成本构成
50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
催化剂
交换膜
极板
碳纸
催化剂 交换膜 极板 碳纸
催化剂 交换膜 极板 碳纸 50% 15% 15% 8%
降低催化剂的成本是 燃料电池商业化关键之 所在!!
催化剂成本下降目标
三、车载燃料电池用铂基催化剂研究现状
燃料电池（车载）氧还原催剂研究进展
项目
单位
铂负载量PGM
质量活性（mass activity)
面积活性(ECSA)
mgPt/cm2 A/mgPt μA/cm2Pt
稳定性（30000循 ~mV 在0.8A/cm2 环后的损失量） %面积活性损失ECSA %质量活性损失
Nano Lett., 2012, 12 (11), pp 5885–5889
Nature Materials 12, 81–87 (2013)
《表面偏析和电化学法调控低铂催化剂核壳精细结构 及催化性能研究
3、非铂催化剂
图 贵金属价格及地球上风度分布
价格高，资源少！
非铂催化剂——过渡金属大环类化合物
车载燃料电池铂基催化剂 研究进展
燃料电池介绍
主
车载燃料电池商业化前景及发展瓶颈
要
内
车载燃料电池用铂基催化剂研究现状
容
云南省燃料电池研发的潜力
一、燃料电池介绍
什么是燃料电池？
❖燃料电池是一种电化学能量转化装置，它不通 过燃烧直接将燃料的化学能转化为电能。
燃料电池优势
• 能量转化效率高 • 低污染或零污染 • 充电速度快（补 充燃料） • 维护成本低