美科學家研發燃料電池新催化劑,將鉑使用效率提至最大

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 14 日 18:15 | 分類 尖端科技 , 材料 , 零組件 follow us in feedly

鉑金屬稀有、極其昂貴,但它在燃料電池中做為陽極催化劑,將氫和氧轉化為水和電的效率比銀和金更高。科學家為了減少鉑金使用量,現在研發出新的催化劑,一舉將鉑金含量降到剩原本的 25%,但電池中化學反應的活性與穩定性維持不變。



在燃料電池中,金屬鉑(platinum)是氫進行氧化反應、氧氣進行還原反應所必需的陽極催化劑,過程中將燃料氫氣轉化為離子與電子並破壞氧鍵,電子穿過電線以產生電流,而離子通過電解液前往陰極與電子團聚。

後一反應即氧還原反應,需用到特別大量的鉑,但鉑比銀或金更加稀有,成本相當高昂,只是考慮到鉑將氫、氧轉化為水、電的效率比銀和金高,科學家們只好致力於尋找降低催化劑中鉑含量的方法。

現在,美國阿貢國家實驗室科學家找到了最大限度提升鉑利用率的新技術。首先,研究人員調整了鉑的形狀,將幾層純鉑原子覆蓋在鈷 – 鉑合金奈米粒子的核心外,形成核 – 殼結構,能夠讓更多活性粒子擴散到催化劑表面,大幅提高催化劑反應性能。

其次,團隊製造了具催化活性的鈷 – 氮 – 碳複合基板(無鉑族金屬基板),以做為鈷 – 鉑合金奈米粒子的載體,進一步提高催化劑效率。

這種新設計的催化劑只需使用到目前技術中 25% 的鉑量,和汽車觸媒轉換器使用的鉑量差不多,將鉑的使用效率一舉提升到最大。新論文發表在《科學》(Science)期刊。

(首圖來源:阿貢國家實驗室

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