当今，全球发展的终极竞争就是在能源利用和科技创新方面的竞争。我国作为能源需求大国，在新能源领域的投入也与日俱增，带动了众多行业的蓬勃发展，比如燃料电池、电极材料等等。尤其是2021年以来，美国PINE Research公司的电催化“CP”——旋转圆盘圆环电极装置（MSR）和双恒电位仪（WaveDriver200），迎来了销量剧增，可以窥见电池领域发展的火热。因此，我们理化（香港）有限公司应广大企事业客户要求，特分享我们的电催化“CP”仪器在电催化剂测试中的应用。 

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效的清洁能源装置，可以将氢气和氧气中的化学能直接转化为电能而不产生污染。然而，阴极氧还原反应需要大量的铂基催化剂以提高反应速率，这使得电池成本过高，阻碍了质子交换膜燃料电池的大规模应用。

催化剂性能测试标准

根据PEMFC的结构，我国制定了GB/T 20042系列标准用于对PEMFC的各个组成部分进行相关测试：

GB/T 20042.1-2017 质子交换膜燃料电池 第1部分：术语

GB/T 20042.2-2008 质子交换膜燃料电池 第2部分：电池堆通用技术条件

GB/T 20042.3-2009 质子交换膜燃料电池 第3部分：质子交换膜测试方法

GB/T 20042.4-2009 质子交换膜燃料电池 第4部分：电催化剂测试方法

GB/T 20042.5-2009 质子交换膜燃料电池 第5部分：膜电极测试方法

GB/T 20042.6-2011 质子交换膜燃料电池 第6部分：双极板特性测试方法

GB/T 20042.7-2014 质子交换膜燃料电池 第7部分：炭纸特性测试方法

其中，GB/T 20042.4-2009主要用于各种类型PEMFC铂基（Pt）电催化剂的性能测试。该标准包括了7个方面的测试：

（1）Pt含量测试。主要采用热重分析仪。

（2）电化学活性面积（ECA）测试。主要采用恒电位仪。

（3）比表面积、孔容、孔径分布测试。主要采用全自动物理吸附仪。

（4）形貌及粒径分布测试。主要采用透射电镜仪。

（5）晶体结构测试。主要采用X射线衍射仪。

（6）堆密度测试。主要采用真空烘箱和天平。

（7）单电池极化曲线测试。主要采用燃料电池测试平台。

如何测试ECA

测试仪器

PINE：MSR旋转圆盘圆环电极装置 + WaveDriver 200双恒电位仪

样品准备

将测试样品置于真空烘箱中于80℃干燥12h。

样品质量应满足3次有效实验的要求。

测试方法

（1）准确称取5 ±0.05 mg催化剂。

（2）向称取的催化剂中依次加入5% Nafion（DE521）溶液50 μL、去离子水2 mL、异丙醇2 mL。

（3）用功率不低于200 W的超声波超声30 min，使浆液混合均匀，超声过程中需保持水浴温度不超过20℃。

（4）按照电极表面催化剂担载量为50~200 μg/cm2，取适量分散好的浆液分两次均匀地滴加到光滑干净的圆盘电极表面，使其自然并完全干燥，作为工作电极。

（5）将电极置于电解液中，组成三电极体系。其中，参比电极为饱和甘汞电极（Hg/Hg₂Cl₂/饱和KCl溶液）或氯化银电极（Ag/AgCl/饱和KCl溶液），对电极为大面积Pt片或Pt丝，电解质为N₂饱和的0.5 mol/L的H₂SO₄溶液。

（6）测试循环伏安曲线。先以20 mV/s的扫描速度对催化剂进行活化，直至氢脱附峰面积不再增加时，以20 mV/s的速度扫描5圈，电位扫描范围为-0.25 ~ 1 V（相对饱和甘汞电极）。

ECA：电化学活性面积，m2/g

S：氢脱附峰的积分面积，A·V

C：光滑Pt表面吸附氢氧化吸附电量常数，0.21 mC/cm2

ν：扫描速度，mV/s

M：电极上Pt的质量，g

取3个样品为一组，计算出平均值作为试验结果。

仪器操作方法

    打开PINE Aftermath软件，设置参数，扫描，计算氢脱附峰的积分面积。

美国PINE旋转圆盘圆环电极装置（MSR）搭配WaveDriver200双恒电位仪，是ORR（电催化氧还原）、HER、OER实验的必备仪器，联用效果更佳，为名副其实的电催化CP！

美国PINE WaveDriver200双恒电位仪是美国PINE电化学工作站中带有阻抗功能的双恒产品，具有自带11种旋转测试方法、自带EIS软件库无需拟合、DEBE/DECV模块等“九大功能”。

    理化（香港）有限公司（PHYCHEMI公司）是美国PINE电化学系列产品在大中华地区的总代理，欢迎咨询！