鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1086次 | 2020年04月03日
燃料動力電池技術(shù)獲新突破 鉑鈷顆粒將有助于提高性能
據(jù)外媒報(bào)道,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)活性高而且穩(wěn)定的新燃料動力電池催化劑,鉑用量僅為目前材料的四分之一。鉑是促進(jìn)燃料動力電池反應(yīng)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(zhì)子交換膜燃料動力電池(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(yè)中,從內(nèi)燃機(jī)跨越到燃料動力電池,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,使用新材料的燃料動力電池也超過美國能源部多項(xiàng)2025年目標(biāo)。
如何降低催化劑中的鉑含量,同時(shí)保持活性和穩(wěn)定性,成為關(guān)重視點(diǎn)。目前在pEMFC電池的多種催化反應(yīng)中,鉑發(fā)揮著關(guān)鍵作用,包括分解氧氣生成水。美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室——阿貢國家實(shí)驗(yàn)室納米材料中心(CNM)的科學(xué)家們,與阿貢、普渡大學(xué)和上海交通大學(xué)的科學(xué)家和工程師們,正在聯(lián)手推進(jìn)這項(xiàng)研究。
該團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)一種協(xié)同催化系統(tǒng),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(jī)骨架轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的鉑鈷納米粒子,這一結(jié)構(gòu)可通過電子顯微鏡觀察到。按重量計(jì)算,這些催化劑只含有約3%的鉑,而商用燃料動力電池催化劑中含有20%至30%的鉑。研究小組評估運(yùn)行中pEMFC電池的催化劑性能。結(jié)果表明,催化活性顯著提高(數(shù)值為1.08-1.77Amgpt-1,超過美國能源部2025年的目標(biāo)0.44Amgpt-1),持久性顯著提高(在3萬次電壓循環(huán)后,仍保持高達(dá)初始值的64%)。計(jì)算模型顯示,鉑鈷納米粒子與無pGM位點(diǎn)之間的相互作用,有助于提升催化劑性能。