聚合物电解质燃料电池 (PEFC) 是依赖化石燃料的汽车和能源行业的一个有前途的替代品。在过去十年中，它们变得越来越商业化。然而，耐用性和性能方面的不足限制了它们的商业应用。据报道，催化剂层 (CL) 设计通常会影响设备功率密度和耐用性；但是，由于测试条件、实验设计和报告数据类型的差异，很少能达成共识。CL设计的各个方面，如催化剂载体、质子传导、催化剂、制造和形态，都是相互依赖的，这进一步加剧了这一问题;因此，为了优化性能、提高耐久性和降低成本，需要更广泛的共识。

有鉴于此，伦敦大学学院Dan J. L. Brett和Theo A. M. Suter等人，综述了PEFCs领域的前沿研究，研究了不同的制造工艺、电解质分布、载体材料、表面化学和总孔隙率对功率密度和耐久性的影响。从应用的角度对这些进行了严格的评估，以告知制造和测试商业可行电池的最相关和最有希望的途径。这种对CL设计和制备竞争方面的整体观点将有助于优化CL的开发，特别是新型催化剂载体材料的结合。

本文要点

1）随着脱碳的迫切需要，以及现有低碳技术的局限性，如电池能量密度不足，对氢和燃料电池技术的需求越来越大。这尤其适用于长途重型货车和运输应用。这意味着，燃料电池系统不应该仅仅被视为学术上的好奇，而是与时间赛跑，以优化和增加这种迫切需要的技术。虽然这项技术本身并不新鲜，但随着它日益商业化，它正在进入一个成熟的新时代。然而，为了加快这一进程，对这一课题的研究必须满足行业日益增长的特定需求，这些需求不仅关注功率密度，还关注商业可行运行条件下的成本、耐久性和效率。为了实现这一目标，商业利益和研究机构之间需要更密切的互动，并发表反馈意见。不同的催化剂负载量条件下，可能存在高 Pt 质量活性和高体积电流密度之间的权衡；要想用更小、更高效的PEFCs来达到同样的电流密度，就需要更大的堆栈，更有效地使用Pt。

2）CL 形态本身对燃料电池的性能和耐久性有很大影响，不应被视为特定制造方法或载体材料的结果，而应视为需要主动控制的 CL 设计的一个方面。随着燃料电池研究的成熟，出现了大量新工具和设计，但尚未完全用于优化 CL 性能和耐用性。这些工具都是显着提高 MEA 性能和耐久性的关键途径，应该得到更多的研究。此外，其他制造方面（例如油墨成分、浓度和溶剂）也会影响 CL 的形成，因为它会影响油墨中的离聚物和载体聚集体的特性。然而，制造方法和形态之间的这种关系并没有得到广泛的详细报道。使用不同的制造方法会导致最终形态的变化，从而导致性能的变化。随着进一步的理解，可以选择一种制造方法来调整和控制特定的 CL 形态。

参考文献：

Theo A. M. Suter et al. Engineering Catalyst Layers for Next-Generation Polymer Electrolyte Fuel Cells: A Review of Design, Materials, and Methods. Advanced Energy Materials, 2021.

DOI: 10.1002/aenm.202101025

https://doi.org/10.1002/aenm.202101025