鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:244次 | 2023年10月25日
韓國(guó)團(tuán)隊(duì)研發(fā)新型催化劑 可使甲醇燃料動(dòng)力鋰電池碳?xì)じ鼒?jiān)固
由于使用化石燃料造成的環(huán)境問(wèn)題,世界各地的許多科學(xué)家都致力于尋找有效的替代品。雖然人們對(duì)氫燃料電池寄予厚望,但現(xiàn)實(shí)是,運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用純氫都要付出巨大的成本,這使得這一過(guò)程在現(xiàn)有技術(shù)下具有挑戰(zhàn)性。相比之下,甲醇(CH3O3)是一種酒精,不需要冷藏,能量密度更高,運(yùn)輸更容易和安全。因此,向以甲醇為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型是一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。
然而,在室溫下用甲醇發(fā)電需要直接甲醇燃料電池(DMFC),這是一種目前性能低于標(biāo)準(zhǔn)的裝置。DMFCs存在的主要問(wèn)題之一是甲醇的氧化反應(yīng),它發(fā)生在甲醇的交叉反應(yīng)中,即從陽(yáng)極到陰極的過(guò)程中。這種反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鉑催化劑的降解,而鉑催化劑對(duì)電池的運(yùn)行至關(guān)重要。雖然已經(jīng)提出了緩解這一問(wèn)題的某些戰(zhàn)略,但由于成本或穩(wěn)定性問(wèn)題,迄今為止沒(méi)有一項(xiàng)戰(zhàn)略是足夠好的。
在最近發(fā)表在ACS應(yīng)用材料與界面的研究中,一個(gè)來(lái)自韓國(guó)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一個(gè)創(chuàng)造性和有效的解決方案。他們通過(guò)一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的過(guò)程制造出一種催化劑,這種催化劑由包裹在碳?xì)?nèi)的鉑納米粒子制成。這個(gè)殼層形成了一個(gè)幾乎不可穿透的碳網(wǎng)絡(luò),由氮缺陷造成的小孔。雖然DMFC中的主要反應(yīng)物之一氧可以通過(guò)這些“孔”到達(dá)鉑催化劑,但甲醇分子太大而無(wú)法通過(guò)碳?xì)て鸱肿雍Y的作用,對(duì)所需的反應(yīng)物提供選擇性,這些反應(yīng)物實(shí)際上可以到達(dá)催化劑的位置。這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人、韓國(guó)仁川國(guó)立大學(xué)的吳俊權(quán)教授解釋說(shuō):“這可以防止鉑核的不良反應(yīng)。
科學(xué)家們通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)制備的催化劑的整體結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了表征,并證明氧氣可以使其穿過(guò)碳?xì)?,而甲醇不能。他們還發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單易行的方法,通過(guò)在熱處理過(guò)程中簡(jiǎn)單地改變溫度來(lái)調(diào)節(jié)外殼中缺陷的數(shù)量。在隨后的實(shí)驗(yàn)比較中,他們的新型殼式催化劑的性能優(yōu)于商用鉑催化劑,而且穩(wěn)定性也更高。
過(guò)去10年來(lái),權(quán)教授一直致力于改進(jìn)燃料電池催化劑,這項(xiàng)技術(shù)可以通過(guò)多種方式進(jìn)入我們的日常生活?!盌MFC比鋰離子電池具有更高的能量密度,因此可以成為筆記本電腦和智能手機(jī)等便攜式設(shè)備的替代電源,”他說(shuō)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
隨著地球的未來(lái)即將到來(lái),改用替代燃料應(yīng)該是人類的首要目標(biāo)之一,而這項(xiàng)研究是朝著正確方向邁出的一大步。