電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
妨礙環保氫燃料動力電池廣泛使用于汽車、卡車和其他車輛的一個因素是鉑催化劑的成本。
使用不太貴重的鉑的一種辦法是將其與其他較便宜的金屬結合使用，但這些合金催化劑在燃料動力電池條件下往往會迅速降解。
今朝，布朗大學的研究人員已經開發出一種新型合金催化劑，既能減少鉑的使用，又能在燃料動力電池探測中保持良好的性能。
據《焦耳》雜志報道，這種催化劑由鉑合金和納米顆粒中的鈷制成，在反應性和耐久性方面都超過了美國能源部(DOE)2020年的目標。
合金催化劑的耐久性是該范疇的一個大問題，布朗大學化學研究生JunruiLi說。
研究聲明，合金最初的性能比純鉑要好，但在燃料動力電池中，催化劑的非貴金屬部分會很快被氧化和過濾掉。
為知道決這個浸出問題，Li和他的同事開發了一種特殊結構的合金納米顆粒。
這些粒子有一個純鉑外殼，圍繞著一個由鉑和鈷原子交替層構成的核心。
布朗大學(Brown)化學教授、該研究的資深作者ShouhengSun表示，這種分層的核心結構是催化劑反應性和耐久性的關鍵。
內核中原子的分層排列有助于平滑和收緊外殼中的鉑晶格，Sun說。
這新增了鉑的反應性，同時也戒備了鈷原子在反應過程中被吃掉。這就是為甚么在金屬原子隨機排列的情況下，這些粒子比合金粒子表現得更好。
有關有序結構要怎么樣加強催化劑活性的細節在焦耳論文中有簡要描述，但更詳盡地說，在發表在《化學物理雜志》上的另一篇計算機建模論文中。
這項建模工作由安德魯彼得森(AndrewPeterson)領導，他是布朗工程學院的副教授，也是焦耳論文的合著者。
為了進行試驗工作，研究人員探測了催化劑的能力來執行氧還原反應，這對燃料動力電池性能和耐久性是至關緊要的。
在質子交換膜(PEM)燃料動力電池的一側，從氫燃料中剝離出來的電子會出現驅動電動機的電流。在電池的另一端，氧原子吸收這些電子來完成一個循環。
這是通過氧還原反應完成的。
初步探測聲明，該催化劑在試驗室環境下表現良好，優于更傳統的鉑合金催化劑。
新催化劑在3萬次電壓循環后依然保持活性，而傳統催化劑的性能分明下降。
但是，盡管試驗室探測關于評估催化劑的性能很緊要，研究人員說，它們并不一定能顯示催化劑在實際燃料動力電池中的性能。
與試驗室探測環境相比，燃料動力電池環境溫度更高，酸度也不同，這將加速催化劑的降解。
為了弄清楚這種催化劑在這種環境下能維持多長時間，研究人員將這種催化劑送到洛斯阿拉莫斯國家試驗室，在一個實際的燃料動力電池中進行探測。
探測聲明，該催化劑在初始活性和長期耐久性方面都優于美國能源部(DOE)設定的目標。
美國能源部要求研究人員開發催化劑，到2020年，其初始活性為每毫克鉑0.44安培，在3萬次電壓循環(大致相當于燃料動力電池汽車使用5年)后，其活性至少為每毫克鉑0.26安培。
對新催化劑的探測聲明，它的初始活性為每毫克0.56安培，在3萬次循環后的活性為每毫克0.45安培。
即使經過了30000個循環，我們的催化劑依然超出了能源部最初的活性目標，Sun說。
在真切的燃料動力電池環境中，這種性能真的很有前途。
研究人員已經申請了催化劑的臨時專利，他們希望持續開發和完善它。
聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除
