近日，豐田汽車和日本精細陶瓷中心(JFCC)開發(fā)出一種新的燃料電池監(jiān)測技術(shù)，可以讓研究人員實時監(jiān)測鉑納米粒子在燃料電池化學反應(yīng)中的行為，以減少催化反應(yīng)。

這項新技術(shù)旨在鑒定鉑催化劑納米粒子的行為、狀態(tài)及材質(zhì)，這些因素對于燃料電池的能效和壽命而言至關(guān)重要。

豐田表示，實時監(jiān)測技術(shù)可以催生新一代更具能效以及更加耐用的燃料電池組的產(chǎn)生，該公司研究人員將于今年的日本汽車工程師協(xié)會年度大會上展示該技術(shù)。

燃料電池中的氧離子和氫離子發(fā)生化學反應(yīng)，并產(chǎn)生電流，在此過程中，鉑作為一種必不可少的催化劑。鉑納米粒子粗化(納米粒子變大、表面積減少)后，催化反應(yīng)也將隨之減少，不過截至目前，能夠監(jiān)測到粗化過程的可能性并不高，因此很難分析上述反應(yīng)的根本原因。

新的實時監(jiān)測技術(shù)可以讓研究人員發(fā)現(xiàn)鉑納米粒子粗化的碳載體，以及粗化過程的電壓輸出。這種全向性分析有助于定各類化學載體材料的不同特性，也為改善鉑催化劑性能及耐用性以及整個燃料電池組的研發(fā)工作指明了方向。

監(jiān)測鉑納米粒子的常規(guī)方法是對預(yù)反應(yīng)的鉑粒子與反應(yīng)后​​鉑粒子進行定點對比，通過這種方法，研究者發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)后的鉑納米粒子更加粗大，發(fā)生化學反應(yīng)的能力也大大降低，而對于其原因，目前尚無結(jié)論。

而新的監(jiān)測技術(shù)則使用了微機電系統(tǒng)技術(shù)來產(chǎn)生毫米大小的微觀電化電池，它可以精確模擬燃料電池中的環(huán)境和狀態(tài)。通過運用電壓和電壓變化的方法，找出透射式電子顯微鏡內(nèi)的樣本，從而可以實時監(jiān)測各個階段中產(chǎn)生電流的粗化過程。

新的技術(shù)也可用于分析駕駛過程中燃料電池的電壓變化關(guān)系，例如在發(fā)動機啟動、空轉(zhuǎn)、高負載環(huán)境下以及汽車加減速時，電池中的鉑納米粒子反應(yīng)引起的電壓變化。

具體的原理為：在化學反應(yīng)中，氫分子分離為電子和氫離子，而鉑催化劑負責將電子從氫分子中剝離，隨后電子與氧陰極結(jié)合，產(chǎn)生電力并為電動機供電。同時，氫離子穿過聚合物膜與氧陰極結(jié)合，氫離子和電子被暴露在空氣中，產(chǎn)生副產(chǎn)品-水，在此過程中，鉑依然充當了催化劑。

目前鉑比較稀缺且價格較高，此外由于需要產(chǎn)生電力，鉑納米粒子粗化不可避免，此舉可能造成燃料電池的輸出功率降低。因此研究人員的當務(wù)之急是找到既能避免鉑納米粒子粗化同時也能保持催化性能的方法。