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氢燃料电池福音:铂钴合金纳米粒子将降低催化剂成本并延长电池寿命
作者:  来源:科普中国  发表时间:2018-10-19 10:03:44  点击:84

        据外媒报道,近日,来自布朗大学的一组科学家研发出了一种新的催化剂,它可以使氢燃料电池驱动的汽车变得更加经济。这种基于铂和钴合金制成的纳米颗粒催化剂不仅比纯铂更便宜而且效率更高、使用寿命更长。虽然氢燃料电池为汽车行业带来了希望,通过适当的基础设施它将电动汽车的生态友好和传统化石燃料的自由度结合在一起,然而为了让燃料电池运转起来,它需要一个催化剂来进行关键氧还原反应。

  据了解,燃料电池含有一个质子交换膜(PEM),一边是氢一边是含氧的空气。电子将从氢原子中剥离出来然后被氧原子吸收进而产生电能。问题是想要进行这样一个反应需要催化剂。

  铂是最常用的催化剂,然而这种元素价格昂贵、效率不高,而且容易“中毒”,杂质会附着在铂分子上导致反应终止。研究小组组长Junrui Li指出,将铂与钴等金属合二为一的成本更低,同时还能使得催化剂的效率变得更高,然而这种合金在燃料电池的恶劣条件下会迅速氧化并慢慢流失。

  为此,研究团队制出纳米粒子,它由纯铂的外层和由铂和钴原子交替层组成的内部组成。

  针对这种新型催化纳米粒子的测试显示,它们的性能已经远超过铂,并且在3万个电压周期后仍保持活性--在这个电压周期内,铂的含量会急剧下降。然而,研究小组强调,在实验台上发生的事情与在温度和酸度更高的燃料电池中发生的事情是不同的。因此,新的催化剂被送到了洛斯阿拉莫斯国家实验室然后在一个实际的燃料电池中展开了进一步的测试。

  团队表示,最终测试表明,新的催化剂超过由美国能源部最初设定的数值。“即使经过了3万次循环,我们的催化剂仍超出了能源部最初的活性目标,”Sun说道,“在真实的燃料电池环境中,这种性能真的很有前途。”

 

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