《韩国开发出铑合金催化剂提升燃料电池性能》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 姜山
  • 发布时间:2017-11-09
  • 韩国科学技术研究院发布消息称,其研究团队最近开发出可用于固体碱膜燃料电池的高性能铑基础纳米催化剂,利用铑合金代替高价的铂,成功提升了燃料电池的性能。该成果在线发表在《美国化学会》(ACS Catalysis)杂志上。

    一般来说,在碱性燃料电池能源中发挥核心作用的纳米催化剂,常用于电化学活性较好的铂和钯基础纳米粒子合金,但材料本身的稳定性存在局限性。燃料电池材料长时间暴露在氧化环境中,会导致材料稳定性和耐用性差的问题,从而降低铂和钯合金材料的性能。

    韩国研究组对材质稳定性好但性能较低的铑进行了燃料电池催化剂研究,结果显示,铑合金纳米粒子对燃料电池的电能化学氧还原反应具有较好的特性。研究组表示,该成果不仅可以提升燃料电池催化剂性能,也可以提升燃料电池的性能。

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    • 来源专题:新一代信息技术
    • 编译者:张卓然
    • 发布时间:2023-06-08
    •    韩国科学技术院(KAIST)研究团队成功开发出一种新型催化剂——镍-钼催化剂,作为离子交换膜燃料电池的电极材料,具有成本低、催化效率高等优点。    研究团队表示,此前国际上就曾开展过镍催化剂的相关研究,但其作为离子交换膜燃料电池的电极材料展现出的性能不及铂催化剂的百分之一,在实际应用方面存在较大的技术难题。为解决镍催化剂的性能问题,研究人员经过多次实验成功用氧化钼改变了镍的电子结构,显著提高了镍的催化性能。相关实验结果显示,铂催化剂的性能为1.0mA/cm2,而镍-钼催化剂的性能为1.1mA/cm2,展现出更加优越的催化性能。此外,镍-钼催化剂的成本仅为铂催化剂的80分之一,在大规模生产方面也有较大优势,预计未来有望成为离子交换膜燃料电池的主要电极材料。此项研究成果发表在国际学术期刊《应用催化B:环境》网络版上。
  • 《科学家开发新型燃料电池催化剂》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-10-29
    • 阻碍环保氢燃料电池广泛应用于汽车、卡车和其他车辆的一个因素是铂催化剂的成本。 使用不太贵重的铂的一种方法是将其与其他较便宜的金属结合使用,但这些合金催化剂在燃料电池条件下往往会迅速降解。 现在,布朗大学的研究人员已经开发出一种新型合金催化剂,既能减少铂的使用,又能在燃料电池测试中保持良好的性能。 据《焦耳》杂志报道,这种催化剂由铂合金和纳米颗粒中的钴制成,在反应性和耐久性方面都超过了美国能源部(DOE) 2020年的目标。 “合金催化剂的耐久性是该领域的一个大问题,”布朗大学化学研究生Junrui Li说。 “研究表明,合金最初的性能比纯铂要好,但在燃料电池中,催化剂的非贵金属部分会很快被氧化和过滤掉。” 为了解决这个浸出问题,Li和他的同事开发了一种特殊结构的合金纳米颗粒。 这些粒子有一个纯铂外壳,围绕着一个由铂和钴原子交替层构成的核心。 布朗大学(Brown)化学教授、该研究的资深作者Shouheng Sun表示,这种分层的核心结构是催化剂反应性和耐久性的关键。 “内核中原子的分层排列有助于平滑和收紧外壳中的铂晶格,”Sun说。 “这增加了铂的反应性,同时也防止了钴原子在反应过程中被吃掉。这就是为什么在金属原子随机排列的情况下,这些粒子比合金粒子表现得更好。” 关于有序结构如何增强催化剂活性的细节在焦耳论文中有简要描述,但更具体地说,在发表在《化学物理杂志》上的另一篇计算机建模论文中。 这项建模工作由安德鲁·彼得森(Andrew Peterson)领导,他是布朗工程学院的副教授,也是焦耳论文的合著者。 为了进行实验工作,研究人员测试了催化剂的能力来执行氧还原反应,这对燃料电池性能和耐久性是至关重要的。 在质子交换膜(PEM)燃料电池的一侧, 从氢燃料中剥离出来的电子会产生驱动电动机的电流。在电池的另一端,氧原子吸收这些电子来完成一个循环。 这是通过氧还原反应完成的。 初步测试表明,该催化剂在实验室环境下表现良好,优于更传统的铂合金催化剂。 新催化剂在3万次电压循环后仍然保持活性,而传统催化剂的性能明显下降。 但是,尽管实验室测试对于评估催化剂的性能很重要,研究人员说,它们并不一定能显示催化剂在实际燃料电池中的性能。 与实验室测试环境相比,燃料电池环境温度更高,酸度也不同,这将加速催化剂的降解。 为了弄清楚这种催化剂在这种环境下能维持多久,研究人员将这种催化剂送到洛斯阿拉莫斯国家实验室,在一个实际的燃料电池中进行测试。 测试表明,该催化剂在初始活性和长期耐久性方面都优于美国能源部(DOE)设定的目标。 美国能源部要求研究人员开发催化剂,到2020年,其初始活性为每毫克铂0.44安培,在3万次电压循环(大致相当于燃料电池汽车使用5年)后,其活性至少为每毫克铂0.26安培。 对新催化剂的测试表明,它的初始活性为每毫克0.56安培,在3万次循环后的活性为每毫克0.45安培。 “即使经过了30000个循环,我们的催化剂仍然超出了能源部最初的活性目标,”Sun说。 “在真实的燃料电池环境中,这种性能真的很有前途。” 研究人员已经申请了催化剂的临时专利,他们希望继续开发和完善它。