UCLA团队开发质子-电子耦合催化剂，无离聚物燃料电池功率密度提升85%

B910化工消息：5月26日消息，加州大学洛杉矶分校（UCLA）段镶锋教授和黄宇教授团队联合加州理工学院William A. Goddard III教授等在arXiv发表突破性成果，提出了一种全新的质子-电子耦合催化剂（PECC）设计，有望从根本上解决质子交换膜燃料电池（PEMFC）中的输运瓶颈。

在传统PEMFC中，质子和电子分别通过碳网络和离聚物粘结剂传输，催化剂本身是被动的承载载体，导致反应物可及性、离子导电率和催化活性之间存在根本性权衡。UCLA团队创新性地设计了一维输运集成电催化剂架构，使催化剂本身同时为活性位点提供电子和质子传导通路。

基于PECC架构，PEMFC可实现完全无离聚物的阴极催化剂层，带来的性能提升令人瞩目：非菲克氧传输阻力大幅降低95%；在阴极Pt载量约0.090 mg/cm²和0.037 mg/cm²条件下，功率密度分别比传统催化剂层提升34%和85%。分子动力学模拟显示PECC的质子导电率比商业Nafion高出249%。

耐久性方面，PECC在3万次加速应力测试后仍保留65%的质量活性，功率密度比离子聚合物基对照组高32%。该架构在电化学氢泵（EHP）中也表现出类似的传质改善。研究团队指出，PECC催化剂结构解决了PEMFC的核心输运问题，带来近20%的燃料效率提升，为设计高性能、低成本的电化学器件开辟了新路径。 （来源：arXiv）