氢燃料电池迎重大突破!新型碳涂层镍阳极有望取代贵金属 成本大降
这项新发现可能会加速氢燃料电池的广泛应用。氢燃料电池作为一种高效、清洁的能源,在汽车和其他应用领域有着巨大的前景。这是Héctor D. Abruña实验室的一系列发现之一,他们正在寻找碱性燃料电池中使用的活性、廉价、耐用的催化剂。
研究人员表示,“这一发现在使用高效、清洁的氢燃料电池代替化石燃料方面取得了进展。”这项研究成果已于近期发表在了《美国国家科学院院刊》上。
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目前,氢燃料电池需要昂贵的贵金属,如铂,以有效地催化它们用来发电的反应。尽管碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEMFC)能够使用非贵金属电催化剂,但它们缺乏必要的性能和耐久性来取代贵金属基系统。
燃料电池通过氢氧化反应(HOR)和氧还原反应(OOR)发电。研究人员表示,铂是这两种反应的典型催化剂,因为它能有效地催化它们,并且在质子交换膜燃料电池的酸性环境中耐用。
那其他材料呢?研究人员写道,最近的非贵金属HOR电催化剂实验需要克服两个主要挑战:由于氢键能太强而导致的固有活性低,以及由于金属氧化物生成迅速钝化而导致的耐久性差。
为了克服这些挑战,研究人员设计了一种镍基电催化剂,该催化剂具有掺氮碳制成的2纳米外壳。
他们的氢燃料电池有一个阳极(氢被氧化的地方)催化剂,由一个固体镍核组成,由碳壳包围。当与钴锰阴极(氧气被还原)配对时,产生的完全不含贵金属的氢燃料电池每平方厘米输出超过200毫瓦。
研究人员说,镍电极表面镍氧化物的存在大大减缓了氢氧化反应。氮掺杂碳涂层起到了保护层的作用,增强了HOR动力学,使反应速度更快,效率更高。
此外,石墨烯涂层在镍电极上的存在阻止了镍氧化物的形成,从而大大提高了电极的寿命。这些电极对一氧化碳的耐受性也要强得多,因为一氧化碳会迅速“毒害”铂。
“这种新型阳极的使用将大大降低价格,使碱性燃料电池在更广泛的领域得到应用。”他们补充说。
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