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UCLA团队开发新催化剂材料可大幅延长燃料电池寿命

盖世汽车 Elisha 2024-08-20 12:55:11

核心提示：研究团队设计出新型催化剂，可以使燃料电池更加耐用，几乎是美国能源部设定的预计使用寿命目标的两倍。

盖世汽车讯据外媒报道，由加州大学洛杉矶分校（UCLA）领导的研究团队设计出新型催化剂，可以使燃料电池更加耐用，几乎是美国能源部设定的预计使用寿命目标的两倍。

（图片来源：加州大学洛杉矶分校）

该项进展涉及在超细铂催化剂中嵌入氧化钴团簇，从而实现更耐用的燃料电池。这被视为在碳排放有限的情况下最有效的发电方式。

这项研究由加州大学洛杉矶分校萨缪里工程学院（UCLA Samueli School of Engineering）材料科学与工程教授Yu Huang领导。研究人员估计，搭载新型耐用燃料电池的轻型车辆（如乘用车）可以持续使用超过15,000小时，比能源部的最终目标8000小时（约15万英里）长87.5%。通过稍微增加使用嵌入氧化物的铂催化剂，重型车辆也可以受益于延长的寿命，比如长途半挂卡车。

质子交换膜燃料电池可以直接将氢中的化学能转化为电力，一直是具有吸引力的零排放发电技术。在电池内部，薄膜上掺有催化剂（例如铂合金），这有助于激发和加速原本缓慢的化学反应，将氢原子中储存的能量转化为电力。该反应将氢原子分解为质子和电子，唯一的排放副产物是水蒸气。因此，广泛使用燃料电池汽车，为实现气候可持续发展目标提供了有吸引力选项。

然而，找到实现催化效率和燃料电池耐久性之间的最佳点，这一点很难做到。这是因为铂会随着时间的推移而溶解，从而降低燃料电池的性能。Huang教授表示：“在更广泛地采用燃料电池方面，一个主要挑战仍然是使它们持续保持足够长时间的最佳性能，以实现商业可行性。这项研究展示了一种原子内部支架，可以将铂原子固定在催化剂中，从而使它们在很长一段时间内保持稳定。”

研究人员没有使用传统的铂合金，而是将氧化钴分子簇嵌入铂原子壳中。这种设计利用了铂-氧化物之间的强相互作用，使催化剂在结构和化学上更加耐用，而不会牺牲燃料电池的活性。即使长时间使用，由此产生的混合结构有助于铂离子粘附并保持在一起，从而降低催化剂的更换成本。在实验过程中，研究人员发现这种设计在耐用性和寿命方面优于传统的铂钴合金。该团队还利用一套显微、光谱和仿真技术验证了纳米级结构。

目前，加州大学洛杉矶分校技术开发团队已为该技术申请了美国临时专利。