一种新的催化剂超过了美国能源部执行氧气还原反应的目标,在氢燃料电池中产生电流的关键步骤
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一个因素阻碍了环保氢燃料电池在汽车中的广泛使用,卡车和其他车辆是使电池工作的铂催化剂的成本。

使用不太贵的铂的一种方法是将其与其他更便宜的金属结合起来,但这些合金催化剂在燃料电池条件下往往降解迅速。

新型合金催化剂的研制


现在,布朗大学的研究人员开发了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。

催化剂,由铂和钴在纳米颗粒中合金化制成,在反应性和耐久性方面均优于美国能源部(DOE)2020年的目标,根据Joule杂志中描述的测试。

“合金催化剂的耐久性是该领域的一个大问题。“俊睿丽说,布朗大学化学研究生和该研究的主要作者。188betsport

“有研究表明,合金最初的性能比纯铂好,但在这种情况下,在燃料电池中,催化剂中的非贵金属部分会被氧化并很快地被过滤掉。”“

为了解决这个浸出问题,李和他的同事开发了具有特殊结构的合金纳米颗粒。

纯铂外壳


这些粒子有一个纯铂外壳,围绕着一个由铂和钴原子交替构成的核心。

层状核心结构是催化剂反应性和耐久性的关键,孙寿恒说,布朗化学教授和该研究的资深188betsport作者。

“原子在核心中的分层排列有助于光滑和收紧外壳中的铂晶格,“孙说。

“这增加了铂的反应性,同时保护了钴原子在反应中不被腐蚀。这就是为什么这些粒子的性能比金属原子随机排列的合金粒子要好得多。”“

关于有序结构如何提高催化剂活性的细节,在焦耳论文中作了简要描述。但更具体地说,是在发表在《化学物理杂志》上的一篇单独的计算机建模论文中。188betsport

模特工作由安德鲁·彼得森领导,布朗工程学院副教授,他也是《焦耳论文》的合著者。

测试催化剂进行氧还原反应的能力


对于实验工作,研究人员测试了催化剂进行氧还原反应的能力,这对燃料电池的性能和耐久性至关重要。

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产生了驱动电动机的电流。

在牢房的另一边,氧原子吸收这些电子来完成电路。这是通过氧还原反应完成的。

初步测试表明,催化剂在实验室环境下表现良好,优于传统的铂合金催化剂。

新催化剂在30分钟后仍保持活性,000次电压循环,而传统催化剂的性能明显下降。

但是,虽然实验室测试对评估催化剂的性能很重要,研究人员说,它们不一定能显示催化剂在实际燃料电池中的性能。

加速催化剂降解


与实验室测试环境相比,燃料电池环境更热,酸度也不同,加速催化剂降解。

为了找出催化剂在这种环境下的性能,研究人员把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,催化剂的初始活性和长期耐用性均优于能源部设定的目标。

美国能源部要求研究人员到2020年开发出初始活性为0.44安培/毫克铂的催化剂。以及30次后每毫克至少0.26安培的活性,000个电压周期(大致相当于燃料电池汽车使用5年)。

对新催化剂的测试表明,其初始活性为0.56安培/毫克,30分钟后具有活性。0.45安培的000次循环。

“即使在30岁以后,000个周期,我们的催化剂仍然超过了DOE的初始活性目标,“孙说。“在真实的燃料电池环境中,这种性能是非常有前途的。”“

研究人员已经申请了催化剂的临时专利,他们希望继续发展和完善它。

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一个因素阻碍了环保氢燃料电池在汽车中的广泛使用,卡车和其他车辆是使电池工作的铂催化剂的成本。使用不太贵的铂的一种方法是将其与其他更便宜的金属结合起来,但是那些合金催化剂…