废钯碳
为了使将来的燃料电池进一步降低成本,相关企业还打算灵活运用面向燃料电池车开发的催化剂技术。燃料电池的燃料极和空气极都要使用铂,但由于还原反应的反应速度较慢,因此空气极的铂用量尤其多。燃料电池车中的铂用量为每辆几十克。铂的价格约为280元/克,因此必须削减用量。家用燃料电池的铂用量虽然每台只有几克,但“在以100日元为单位削减成本的情况下,能以1000日元为单位削减成本带来的冲击相当大。削减铂用量方面较受关注的技术之一是“核壳催化剂”。该技术通过只在催化剂表面使用铂、在催化剂的中心部分使用其他材料来削减铂用量。以粒径为3nm的催化剂为例,如果仅在表面使用铂,预计铂用量可减少一半。
现在正在开发内核使用价格仅为铂的约一半的钯的核壳催化剂。此前利用欠电位沉积法,一次只能制造几十μg,而现在开发出了可大量合成的改良型Cu-UPD法。新方法非常简单,首先,把在碳上附着有钯微粒的Pd/C粉末加入酸性硫酸铜水溶液;其次,在水溶液中放入网状铜并进行搅拌,铜会附着在钯表面;然后捞出铜并添加氯亚铂酸钾,废钯碳表面的铜就会被置换成铂。
用这种方法获得的核壳催化剂比市售的普通Pt/C催化剂活性高。还有一点令人颇感兴趣的是,对核壳催化剂实施电位循环试验后,活性进一步提高。同志社大学认为,刚制造出来的核壳催化剂的钯内核形状为椭圆形,其表面的铂层并未将其完全覆盖。在之后的耐久性试验中,钯内核有部分溶出,使其形状接近完美的球形,同时,铂反复发生氧化还原反应重新排列,将内核表面完全包覆住。这种现象使催化剂活性大大提高。实际上也已确认,在耐久性试验之后,核壳催化剂的粒径减小,钯所占的比例也降低。为了进一步降低成本的方法,比如在钯中添加廉价的材料,或者内核采用废钯碳。