燃料電池通常用于從氫或甲醇產(chǎn)生電能。納米催化劑推動了這一過程——但到目前為止，這些材料的質(zhì)量差異很大。

Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP 的CAN研究部門消除了這些問題：采用優(yōu)化的催化劑和連續(xù)、可再生的生產(chǎn)工藝，并對材料性能進行了很好的控制。



氫是一個未來的問題——例如，氫驅(qū)動器旨在以一種有意義的方式補充電動性。燃料電池有助于將儲存在氫氣或甲醇中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可用電能，即發(fā)電?；阢K的納米催化劑用于在可管理的溫度和合理的能量輸入下實現(xiàn)這一點。以前的生產(chǎn)方法都是基于分批合成，對顆粒的大小、形狀和組成控制不足。然而，這些參數(shù)對催化過程有很大的影響。納米顆粒特別適合用作催化劑，因為相對于所用材料的數(shù)量，它們具有較大的表面積。因此，它們的使用節(jié)省了材料和成本。問題是傳統(tǒng)催化劑材料的質(zhì)量可能會有很大的差異。

從未間斷的研究和可利用性產(chǎn)品

Fraunhofer IAP 研究部門的科學(xué)家現(xiàn)在可以開發(fā)出穩(wěn)定高效的催化劑并優(yōu)化其生產(chǎn)工藝——這是由德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務(wù)和能源部BMWi資助的HiKAB項目，簡稱“用于燃料電池的分層復(fù)合納米顆粒系統(tǒng)”（FKZ 03ET1435A）。“我們已經(jīng)將批量生產(chǎn)過程轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)生產(chǎn)過程，”Fraunhofer IAP 部門主管Christoph Gimmler博士說。“在這樣做的過程中，我們依靠自下而上的過程——一個原子一個原子地構(gòu)建納米顆粒。這樣，我們不僅可以通過合成指導(dǎo)生產(chǎn)出一致、高質(zhì)量的納米顆粒，還可以選擇性地調(diào)整催化劑顆粒的大小、類型和組成。”在研究小組開發(fā)和建造的反應(yīng)器中，該合成過程持續(xù)運行——特別是臨界成核階段。它的特別之處在于研究小組在空間和時間上將成核階段與生長階段分開，通過這種方式可以很好地控制反應(yīng)溫度。這使得研究人員還對催化劑材料本身進行了優(yōu)化。“我們已經(jīng)用一種不那么貴、因而也不那么昂貴的金屬取代了部分鉑。” Gimmler指出，這不僅對材料成本有積極的影響，而且還能使催化劑更有效地工作并延長其使用壽命。

目前已經(jīng)提供了概念證明：研究人員已經(jīng)在直接甲醇燃料電池中測試了生產(chǎn)的催化劑，并取得了成功。在長期測試中，他們現(xiàn)在將準(zhǔn)確分析新材料和優(yōu)化的生產(chǎn)工藝在節(jié)約成本方面能提供多少。從最初的測量結(jié)果可以清楚地看出，所開發(fā)的催化劑對于氫燃料電池也是非常有趣的。

分析材料的系統(tǒng)性

到目前為止，研究小組在HiKAB項目中開發(fā)的催化劑材料只能進行電化學(xué)測試。在由科學(xué)、研究、平等和地區(qū)管理局（BWFGB）資助的ProkAB項目中，F(xiàn)raunhofer IAP 現(xiàn)已建立了一個用于常規(guī)測量的燃料電池試驗臺。“我們已經(jīng)擴大了我們的表征譜，現(xiàn)在能夠在燃料電池水平上測試我們開發(fā)的材料，”Gimmler報道。“可以說，這使我們能夠進行試金石試驗——畢竟在系統(tǒng)層面比在實驗室發(fā)揮作用的參數(shù)更多。”因此Fraunhofer IAP 不僅提供了材料開發(fā)方面的專業(yè)知識，而且還提供了燃料電池特性方面的專業(yè)知識。

Fraunhofer IAP 的氫能研究

開發(fā)穩(wěn)定高效的燃料電池催化劑是Fraunhofer IAP作為氫戰(zhàn)略的一部分所追求的活動之一。“通過我們的研究，我們正在推動可再生能源的使用。除了用于燃料電池的催化劑和膜外，重點還在于能夠產(chǎn)生和儲存氫氣的創(chuàng)新材料。例如，我們的輕型結(jié)構(gòu)專家目前正在與合作伙伴開發(fā)小型高效風(fēng)力渦輪機，以及可以安全存儲氫氣的儲氫罐。”Fraunhofer IAP 主任教授Alexander Böker表示。