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增加应力提高燃料电池活性与稳定性

时间:2017-11-06 08:36:20来源:中国氢能源网

       据国外网站报道,科学家们已经研发出性能优异的催化剂,可以在纳米尺度上控制其微小的片状结构组成和形状。

中国和加利福尼亚州纳米材料中心的研究团队设计了一种新型燃料电池催化剂。该催化剂是一个铂芯,包裹在铂壳之中,形状像一个小六边形板。催化剂的形状和组成将会极大地增强析氧反应。该反应对燃料电池至关重要。在运行过程中该研究团队也提高了催化剂的稳定性。研究表明,催化剂的形状所形成的拉伸应力是高性能的关键。

这些新的催化剂的性能超过了DOE 2020年目标的10倍,从而可以生产出更高功率的燃料电池,并且将大大延长了循环次数。研究结果提出了利用应变,特别是双轴应变增强燃料电池催化剂性能的新策略。

Adding Stress Boosts Performance, Stability for Fuel Cells

 以质子交换膜燃料电池为动力的电动汽车在过去的一年里已经进入美国汽车市场。这些汽车的效率比汽油汽车高,而且零污染。然而仍然存在一系列的挑战,阻碍燃料电池汽车的进一步发展,包括高成本铂催化剂。

   该研究团队研发具有压缩表面张力的材料,制备了增强氧还原反应的催化剂。通常,这种表面应变是在核/壳催化剂设计中诱导的,其中金属芯(例如镍、钴、铁)被铂壳包围。催化剂形状像小六边形板,具有较大的拉伸应变。而稳定的Pt110)晶面可以提高催化物质的氧还原反应的活性,达到近10倍的DOE 2020年燃料电池性能目标。这些材料是迄今研发的最有效的双金属催化剂之一。PtPb / Pt纳米催化剂金属间化合物的核与统一四层的结构使得这些催化剂非常稳定,在50000个循环后,催化性能的衰减可以忽略不计,结构和化学组成也并没有明显的变化。高分辨电子显微镜研究结果表明,在铂壳层(110)面上的双轴应变决定性能的优劣。

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