同志社大學(xué)正在討論進(jìn)一步降低成本的方法，比如在鈀中添加廉價(jià)的材料，或者內(nèi)核采用價(jià)格比鈀更便宜、每克僅約4元的銀。
在碳中添加微量氮制作催化劑
為實(shí)現(xiàn)終極的鉑用量削減，完全不使用鉑等貴金屬的新型催化劑也在開(kāi)發(fā)之中。其中，東京工業(yè)大學(xué)正在帝人、旭化成化學(xué)和東芝燃料電池系統(tǒng)等企業(yè)的協(xié)助下，開(kāi)發(fā)“碳合金催化劑”。這種催化劑的主要成分是碳（C），其中添加了百分之幾的氮（N）原子等。其詳細(xì)機(jī)制并未公布，據(jù)稱(chēng)，雖然沒(méi)有使用貴金屬，但是是一種具備氧還原活性的獨(dú)特材料。如果能實(shí)現(xiàn)實(shí)用，有望大幅削減催化劑的成本。
碳合金催化劑以前一般是在碳黑等現(xiàn)有碳材料中添加氮后，為使構(gòu)造穩(wěn)定、提高耐久性而進(jìn)行熱處理來(lái)獲得。但進(jìn)行高溫處理的話，催化劑的活性又會(huì)降低。為此，東京工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)出了在制成含氮的聚酰亞胺微粒后，進(jìn)行多級(jí)熱處理來(lái)獲得碳合金催化劑的新方法（圖5）。
圖5：通過(guò)多級(jí)熱處理制造碳合金催化劑
東京工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)出了對(duì)合成的聚酰亞胺微粒進(jìn)行多級(jí)熱處理、從而獲得碳合金催化劑的方法（a）。1A/cm2時(shí)接近了當(dāng)前的目標(biāo)值0.6V（b）。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)東京工業(yè)大學(xué)的資料制作）
具體方法是，先重合兩種材料進(jìn)行200℃的熱處理，獲得含氮的聚酰亞胺微粒；然后在氨氣環(huán)境等條件下以600℃、800℃、1000℃的溫度分階段對(duì)其進(jìn)行熱處理。這樣，無(wú)需減少作為催化劑活性點(diǎn)的氮用量，就能制成碳合金催化劑。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，可兼顧耐久性和催化劑活性，而且能自行合成用于碳合金催化劑的聚酰亞胺微粒，因此對(duì)于今后提高特性也有好處。實(shí)際上，東京工業(yè)大學(xué)通過(guò)優(yōu)化重合條件，把聚酰亞胺微粒的直徑由300nm左右縮小到了150～200nm。
東京工業(yè)大學(xué)利用以新方法獲得的碳合金催化劑，在廠商的協(xié)助下制成膜電極組件（MEA）實(shí)施了單個(gè)電池單元的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證實(shí)，能獲得接近當(dāng)前目標(biāo)發(fā)電特性的值。不過(guò)，由于現(xiàn)在是在純氧環(huán)境下做的實(shí)驗(yàn)，要想在氧濃度只有20％左右的空氣中獲得相同的特性，需要提高催化劑活性點(diǎn)的密度。東京工業(yè)大學(xué)正討論改良方法，打算使其形狀接近粒度僅幾十nm的碳黑。
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