综述：质子交换膜燃料电池在空闲和负载循环条件下的阴极催化剂层退化

《ACS Applied Energy Materials》：Cathode Catalyst Layer Degradation in Proton Exchange Membrane Fuel Cells under Idle and Load Cycling Conditions

质子交换膜燃料电池（PEMFCs）阴极催化剂层（CCL）的氧还原反应（ORR）动力学受限且处于高氧化腐蚀环境，Pt或Pt-M纳米催化剂虽提升性能但成本高且寿命受CCL稳定性影响。本文综述CCL材料进展、催化剂性能评估指标、降解机制及研究空白，强调需深入理解机制以推动规模化应用。

　　

质子交换膜燃料电池（PEMFC）被视为中重型车辆的重要技术。然而，阴极催化剂层（CCL）上的氧还原反应（ORR）受到动力学限制，并且发生在高度氧化和腐蚀性的环境中。因此，为了实现所需的功率密度，需要使用昂贵的铂（Pt）或双金属铂（Pt-M）纳米颗粒（NPs）作为催化剂，这些催化剂支撑在碳载体上。因此，燃料电池的寿命与CCL的耐久性密切相关，而这连同催化剂的成本一起，是一个至关重要的问题。本文的综述范围如下：首先介绍了最先进的CCL材料以及近期基于Pt的ORR催化剂的发展成果；接着描述了用于比较这些催化剂性能的评估指标；随后详细讨论了降解机制，以概述当前的研究进展，并提供了关于纯Pt催化剂和双金属Pt催化剂降解的具体研究案例。研究表明，降解过程通常是异质性的，在CCL的平面内和垂直于平面的方向上存在显著的空间差异。基于电子显微镜（EM）的技术对于区分不同的降解机制至关重要，而同步辐射X射线技术也为了解CCL中的异质性变化提供了重要信息。尽管文献中揭示了许多与降解相关的问题，但对降解机制及其相互作用的基本理解以及识别当前存在的不足，对于开发改进的材料和设备以及推动该技术的大规模应用仍然是必要的。