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燃料電池新催化劑大幅減少鉑用量 大幅降低成本

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年08月09日  

據外媒報道,科學家們發現活性高而且穩定的新燃料電池催化劑,鉑用量僅為目前材料的四分之一。鉑是促進燃料電池反應的必要元素。然而,這種貴金屬稀有又昂貴。在此次研究中,鉑鈷顆粒與不含貴金屬的載體相互作用,有助于提高性能。


質子交換膜燃料電池(PEMFC)的效能高,代表著未來的輕型和重型汽車動力總成方式。在汽車工業中,從內燃機跨越到燃料電池,需要降低材料成本,提升電池性能。新催化劑的鉑用量明顯降低,從而降低成本。從性能上看,使用新材料的燃料電池也超過美國能源部多項2025年目標。


如何降低催化劑中的鉑含量,同時保持活性和穩定性,成為關注重點。目前在PEMFC電池的多種催化反應中,鉑發揮著關鍵作用,包括分解氧氣生成水。美國能源部科學用戶設施辦公室——阿貢國家實驗室納米材料中心(CNM)的科學家們,與阿貢、普渡大學和上海交通大學的科學家和工程師們,正在聯手推進這項研究。


該團隊共同開發一種協同催化系統,含有鉑鈷納米顆粒和無鉑基金屬(PGM-free)基體。在合成過程中,將含鈷多孔金屬有機骨架轉化為含鈷、氮和碳的催化活性基體,由納米金屬晶體修飾,然后加入鉑,形成具有核殼結構的鉑鈷納米粒子,這一結構可通過電子顯微鏡觀察到。按重量計算,這些催化劑只含有約3%的鉑,而商用燃料電池催化劑中含有20%至30%的鉑。研究小組評估運行中PEMFC電池的催化劑性能。結果表明,催化活性顯著提高(數值為1.08-1.77AmgPt-1,超過美國能源部2025年的目標0.44AmgPt-1),持久性顯著提高(在3萬次電壓循環后,仍保持高達初始值的64%)。計算模型顯示,鉑鈷納米粒子與無PGM位點之間的相互作用,有助于提升催化劑性能。


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