侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

铂分解技术提高燃料电池中铂利用率

2013-07-04 18:29
PokerJoker
关注

  通过使用加拿大光源中心(CLS)的同步加速器,研究人员发现,将昂贵的铂金属分解成纳米粒子(甚或是单个原子)可制造出更低成本的燃料电池。

  在麦克马斯特大学、CLS同步加速器、巴拉德动力系统公司的通力合作下,研究人员开发出一种利用原子层沉积的新方法。这种表面科学技术可用于对化合物进行沉积,创建单原子催化剂。

  通常用作催化剂的铂金属是非常昂贵的,但其只有表面的原子可起作用。该技术已基本可以将铂分解成“尽可能小”的部分,从而使其表面积得到最大化。

  蒋庆来

  低温燃料电池,如质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池,由于具有环境友好、快速启动、无电解液流失、寿命长、功率密度和能量密度高等优点,在电动汽车动力电源、移动电源、微型电源及小型发电装置等方面显示出广阔的应用前景。

  燃料电池的阴极氧还原反应是燃料电池电催化反应的速度控制步骤,燃料电池氧还原催化剂是燃料电池电催化研究的热点之一。目前,含铂催化剂是性能最好、使用最广泛的低温燃料电池氧还原催化剂,铂金属价格昂贵、资源紧缺制约低温燃料电池商业化进程。

  铂催化剂具有比较大的表面积,具有很强的吸附性,通常用作催化剂的铂金属只有表面的原子可起作用,表面之下的其他原子不具有作为催化剂的功能,铂的有效利用率只有10%至20%。通过减小铂粒径,增加铂的比表面积,可大大提高每个铂原子的使用效率。

  近年来,由于催化剂和膜电极制备技术的进步,Pt的使用量从10~50g·m-2降低到了目前的1~10g·m-2,催化剂中Pt的粒径从约10nm降低到现在的1~3nm。据《科学报告》杂志报道,在麦克马斯特大学、CLS同步加速器、巴拉德动力系统公司的通力合作下,研究人员开发出一种利用原子层沉积(ALD)的新方法,将昂贵的铂金属分解成纳米粒子(平均粒径1~2nm)并负载在石墨烯上,得到ALDPt/GNS催化剂。采用该催化剂进行甲醇催化氧化,与ETEK公司商品化的Pt/C催化剂相比,在同样的铂负载量情况下,可显著减小其过电位,电流密度可达到其9.5倍,并能够更好地抑制CO中毒,该技术将大大提高催化剂中铂的利用率。

  该研究成果提出了设计高活性下一代催化剂的新路径,但距规模生产和应用尚有一系列的工程技术课题需解决。一是此类(亚)纳米材料的比表面积非常大,表面活性很高,很容易团聚,以至难以加工和使用,且使用寿命难以保障,如何控制使得材料在加工和使用过程中不团聚将是一大课题;二是新催化剂材料可减少铂的使用,加工成本也不容小视,如何降低催化剂材料的整体成本(包括原材料和加工成本),真正让燃料电池成本更低是接下来需要解决的重要课题之一。由此看来,该技术成果离真正商业化应该还有一定的距离。

  在探索含铂催化剂新的制备方法和改进原有的制备方法、探索低Pt催化剂体系的同时,开发低成本、高效的非Pt催化剂体系方面,研究者也进行了大量而艰苦的努力,并取得了重要的研究成果。

  例如,近期美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和橡树岭国家实验室科学家携手,用碳(部分源于高温过程产生的聚苯胺)、廉价的铁和钴研制出了一种新的非铂基催化剂,将其应用于氢燃料电池阴极氧还原。用铁、钴等廉价金属取代比金更贵重的铂,能够从根本上解决催化剂原材料资源稀缺、成本高的问题,但与此同时非铂催化剂的催化效率还有待提高。

  期盼更多的研究成果能够涌现出来,真正缓解目前低温燃料电池面临的成本高的问题,推动低温燃料电池商业化进程。
 

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号