随着质子交换膜燃料电池在许多领域的应用，如备用电源、便携式电源、叉车、燃料电池汽车的客车和客车等。质子交换膜燃料电池的大规模商业化对催化剂的成本、活性和耐久性提出了更高的要求。美国能源部曾指出，催化剂占电堆总成本的比例将从年产1000套/年下的21%提高到年产50万套/年下的45%。因此，开发低成本催化剂势在必行！
目前，质子交换膜燃料电池的阳极和阴极都需要铂族贵金属来催化氧化还原反应。其中，阴极侧使用最多。正在应用和开发的催化剂主要有铂碳、铂合金、核壳、形貌控制晶体、纳米骨架、非贵金属等。这些催化剂能否走向最终产业化，面临哪些挑战，如何设计催化剂和催化层？
虽然PEMFC未来的关键应用场景是乘用车，但便携式电源、备用电源、叉车、公交车等中长期将占据PEMFC较大的市场份额。从车辆的角度来看，非贵金属催化剂可能被认为离商业应用最远，因为它们不符合性能、耐久性、稳定性和功率密度的要求。然而，非贵金属催化剂已经接近便携式电源的应用要求。下面讨论每种催化剂的发展和应用状况。
目录
催化剂的研究现状
一、铂碳催化剂
在过去十年中，商用质子交换膜燃料电池产品严重依赖铂碳催化剂。由于制备工艺简单，生产成本低，因此具有最大的商业应用。然而，这种催化剂的性能和耐久性的进一步提高几乎是空。除非调节金属和载体之间的相互作用，否则从长远来看，这种催化剂不太可能满足未来的要求。
二、铂合金催化剂
铂合金催化剂因其高质量和高活性正成为工业级新的基准催化剂。丰田汽车公司在2014年底发布的第一代Mirai未来组合中使用了PtCo合金，凸显了Pt合金催化剂的技术成熟性。其他铂合金包括PtCo、PtNi、PtFe、PtCr、PtV、PtTi、PtW、PtAl、PtAg等。在过去的几十年中，人们开发了大量的碳负载二元合金或三元合金，这些材料的质量活度是传统Pt/C催化剂的2-3倍。
为了提高稳定性和耐久性，需要对铂合金催化剂进行预浸渍以去除贱金属。此外，对铂合金进行酸浸或热处理等后处理可以形成富铂层，从而提高稳定性和活性。这些方法成功地提高了合金催化剂在膜电极和堆级测试报告中的耐久性，与铂/碳催化剂相似或更高。
三.核壳催化剂
近年来，核-壳氧还原催化剂的研究取得了很大进展。理论上，这种独特的设计和理念可以实现尽可能高的pt利用率，因此从成本角度来看并不具有吸引力。这类催化剂最大的潜在优势是Pt纳米粒子的高分散性带来的高电化学活性表面积，明显超过其成本优势，这对于实现铂族金属催化剂在阴极上的负载非常重要
四.形貌控制晶体催化剂
动词 纳米框架催化剂
不及物动词非贵金属催化剂
铂族金属催化剂挑战
1、测量最新状态
2.电化学活性面积
3.批量生产
非贵金属催化剂的挑战
1.车辆面临的长期挑战
2.便携式电源/备用电源的长期挑战
3.催化层的设计策略
未来前景
通用汽车曾指出，美国能源部2020年PEMFC铂族金属催化剂的目标装载量为0.125 mg/cm2，相当于约11g铂族金属/汽车。需要注意的是，铂族金属/汽车的计算高度依赖于电池组功率、效率点、运行条件、允许衰减率等。然而，似乎显而易见的是，为了降低汽车应用中铂族金属的含量，催化剂必须显示铂族金属的质量活性≥0.44 A/mg。
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