近年来，阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)的研究和应用有了显著的进展，其电流密度、峰值功率密度和寿命都有了显著的提高。尽管这些性能上的改善以及证明了AEMFCs技术的可行性，但几乎所有文献中报道的AEMFCs都需要在阳极和阴极电极上负载相对较高含量的铂族贵金属(PGM)基催化剂才能获得足够优异的性能。然而，为了控制低温燃料电池市场，AEMFCs不能简单地达到现有的质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的性能，毕竟后者已经获得巨大投资和并迅速发展了几十年。AEMFCs必须能够实现其相对于PEMFCs的最显著的优势，并且能够以比PEMFCs低得多的成本进行工业化生产，才有可能获得广泛地工业化应用。从长远来看，实现可接受的低成本AEMFCs的最有可能的途径是在两个电极上都采用无贵金属Pt的催化剂。近日，南卡罗来纳大学的William E. Mustain教授团队针对这一问题，讨论了目前实现无贵金属Pt催化剂用于氧还原反应(AEMFC阴极)和氢氧化反应(AEMFC阳极)的最有前途的方法，而且提出了在解决催化剂催化性能较低、循环稳定性较差等关键问题上的看法。从性能的角度来看，AEMFC在性能和耐久性方面有了显著的增长，即使是在空气中运行，基于无贵金属Pt催化剂的AEMFC已经接近与PEMFCs真正竞争的临界点。然而，为了被广泛采用，作为一种明显优于PEMFCs的首选技术，AEMFC的成本可能需要进一步降低。从积极的方面来看，无贵金属Pt催化剂的AEMFC阴极在性能和稳定性方面都已被证明远远超过无无贵金属Pt催化剂的PEMFC阴极。虽然Fe-N-C型催化剂在碱性环境中比酸性环境中更稳定，但在应用相关的条件下的循环稳定性有待进一步提升。由于完全缺乏合理的无贵金属阳极，迄今为止还没有报道在没有贵金属催化剂的情况下，AEMFC能够达到高功率密度或高稳定性。因此，从催化的角度来看，发现具有高活性和稳定性的无贵金属阳极是AEMFCs的首要研究目标。从实用的角度来看，在工程催化剂层中，需要在两个电极上都使用高浓度的活性位点来制造无贵金属的催化剂，而且要比目前PEMFCs中使用的无贵金属的阴极高得多，高活性位点密度将使电极保持薄，这对反应物和产物的大规模运输很重要。

Horie Adabi Firouzjaie, William E. Mustain. Catalytic Advantages, Challenges, and Priorities in Alkaline Membrane Fuel Cells. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b03892

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03892