布法罗大学确定低成本催化剂的关键成分适用于燃料电池

盖世汽车 Elisha 2023-12-07 09:32:48

核心提示：研究人员通过在制造过程中添加氢来创造强劲而有效的催化剂，以使其性能接近铂。

盖世汽车讯为了降低燃料电池的价格，研究人员致力于寻找低成本催化剂，以取代铂和其他昂贵金属。其中包括尝试不同的铁、氮和碳组合，这三种材料的储量丰富且成本相对较低。但是，研究人员可以使铁氮碳催化剂变得耐用或有效，但不能两者兼得。

（图片来源：nature.com）

据外媒报道，布法罗大学（University at Buffalo）领导的一项新研究可能会提供解决方案。在期刊《自然催化（Nature Catalysis）》上，研究人员报告如何通过在制造过程中添加氢来创造强劲而有效的催化剂，以使其性能接近铂。

这一进展有助于燃料电池技术发挥无污染供电潜力，以用于汽车、卡车、火车、飞机和其他重型汽车。布法罗大学工程与应用科学学院化学与生物工程系教授Gang Wu表示：“多年来，大多数研究都致力于平衡相关性能。研究人员可以制造出有效但很容易降解的低成本产品；或者可以使其非常稳定，但无法达到与铂相当的性能。而此次的研究向解决这个问题迈出了一步。”

这项工作建立在Wu先前领导的研究基础上。当时提到铁氮碳催化剂虽然耐用，但难以加速燃料电池内的重要化学反应。

新研究通过热解制造过程（涉及在极热的温度下组合材料）来解决这一问题。在热解过程中，研究人员在高温室中使四个氮原子与铁键合在一起，接着将这种材料嵌入几层石墨烯中。石墨烯是一种坚固、轻量化且柔韧的碳质材料。

这个过程通常发生在具有惰性气体（如氩）的空间内。然而，此次研究人员将氢气注入腔室中，以产生90%氩气和10%氢气的混合物。在此基础上，研究人员能够更精确地控制催化剂的构成。具体来说，他们可以使两种不同的铁-氮-碳化合物（一种含有10个碳原子，另一种含有12个碳原子）处于支持耐用性和效率的位置。

由此产生的催化剂使燃料电池实现了初始性能，远远超出美国能源部2025年的目标。事实证明，它比大多数铁氮碳催化剂更耐用，几乎可与常用于燃料电池的低铂阴极相媲美。