图7 Pt催化剂和Pt合金催化剂性能对比
降低电极催化剂中的贵金属Pt用量，对于降本固然重要。但Pt减少会降低有效发电面积，导致发电性能下降。发电性能由有效Pt表面积与催化活性共同决定。因此，本田第二代燃料电池采用催化活性更高的Pt合金催化剂替代上一代的纯Pt催化剂。上图7对比了本田第一代Pt与第二代Pt合金催化剂的性能。本田第二代Pt合金负载于多孔碳表面，也分布在离聚物无法渗透的碳孔隙中，因此抑制了离聚物导致的催化剂中毒；同时Pt合金提升ORR效率，使得催化活性较上一代提升两倍以上。Pt合金催化剂的使用使得第二代燃料电池在相同输出电压下所需Pt表面积(cm2/cm2)降至上一代的1/4。此外，为抑制高电流密度下的性能降低，将Pt合金负载率降至3/5，确保高电流密度下的ORR反应，以达成目标输出。结合后文所述本田基于衰减模型的操作条件控制，进一步抑制性能衰减。最终，单堆的Pt用量减少至上一代的1/5，并保持同等的发电性能。
图8 催化剂衰减机理
电极催化剂中Pt用量减少会引起有效表面积下降进而加剧性能下降，因此需有必要抑制电极衰减导致的催化剂表面积减少。上图8展示了电极催化剂衰减机制：燃料电池发电区间(0.6~0.8 V)内，负载变化引起电压波动，导致Pt表面氧化/还原，并通过ostwald熟化机制(Pt反复溶出-沉积)减少表面积；启动时或接近开路电压发电时，电压超过0.85 V会加剧Pt氧化溶出；启动时阳极存在氧气将阴极电位抬升至约1.5 V，导致Pt颗粒粗化及碳载体降解。因此，本田通过控制停机时避免阳极产生空气环境以抑制阴极电位抬升。同时，基于运行中可能存在的衰减情况建立了衰减模型，通过设定操作条件(如结合电解质膜控制温度)抑制衰减。
图9 电位和持续时间对Pt衰减影响@80℃
本田通过50 cm²发电面积的单电池实验并利用实验设计确认了衰减因素及其影响。电位和持续时间对Pt衰减的影响如上图9所示。温度和湿度对衰减的影响同样也通过实验设计进行确认。以下公式1显示了本田第二代燃料电池催化剂的衰减模型，衰减因素包含温度、湿度和电位。温度、湿度和电位越高，衰减加速越明显。
催化剂衰减模型公式
下图10对比了基于FC系统耐久试验中运行历史采用上述公式1计算的衰减预测值与实测值。尽管达成目标性能，但实测衰减程度高于预测，原因可能是计算采用的冷却水温低于催化剂实际温度。此差异造成约5 kW性能偏差，但确认耐久性达标了。本田表示未来需进一步提升剩余寿命的预测精度。
图10 本田第二代燃料电池系统耐久运行中衰减预测值和实测值对比
来源：燃料电池干货
