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韓國新型燃料電池催化劑減少生產成本10%

   2013-10-10 鋰電世界佚名13390
核心提示:中國電池網 蔚山國立科技研究所(UNIST)、韓國能源研究所(KIER)和美國Brookhaven國家實驗室的三個機構的研究人員發現了一組新的基于“有序排列、孔狀、卟啉碳原子(M-OMPC)”的不含貴金屬的燃料電池催化劑

    鋰電世界  蔚山國立科技研究所(UNIST)、韓國能源研究所(KIER)和美國Brookhaven國家實驗室的三個機構的研究人員發現了一組新的基于“有序排列、孔狀、卟啉碳原子(M-OMPC)”的不含貴金屬的燃料電池催化劑,它表面積大,其孔狀結構還可以人為調節。

    這種催化劑在氧還原反應方面的性能超過金屬鉑,對于燃料電池非常重要,但是生產成本僅為鉑的10%。該研究結果將進一步降低燃料電池的價格,這對于燃料電池汽車的推廣具有關鍵作用。

    燃料電池的優點很多:它們工作效率高、環境污染小,廣泛適用于汽車、小型汽電器、家庭發電裝置。長期以來,燃料電池主要采用位于陽極和陰極的碳納米管載鉑基催化劑。但是鉑基催化劑在陰極上的性能較差,不利于氧還原反應進行。另外,鉑基催化劑容易在長期使用后燒結成塊,造成催化劑失效。金屬鉑的高價格、低存量也進一步限制了燃料電池的普及。所以,由此催生了一種低價格、高性能、無貴金屬的新型催化劑。

    該款新研發的材料源自“有序排列、孔狀、二氧化硅(OMS)模板”,加入金屬卟啉前體后,經過納米鑄造而成。它們的卟啉碳原子具有三維網絡結構。

    其優勢有:

    1.在實驗室條件下,其合成路線簡單可靠

    2.通過改變OMS模板,M-OMPC的孔狀結構的尺寸和連接狀態可以人為調節

    3.使用合適的方法,每次都能夠制取較大量的M-OMPC催化劑,每次可達10g的重量級別

    4.分層良好的、具有納米級孔結構的M-OMPC可以提升燃料和副產物的運輸效率

    在一系列M-OMPC催化劑中,摻有鐵和鈷的FeCo-OMPC表現出了極高的酸性條件下的催化氧還原反應的能力。它不但是非貴金屬催化劑中性能最好的,而且在0.9V電壓的條件下,它的性能甚至還超過了常規的鉑/碳催化劑80%以上。另外,相比鉑/碳催化劑,FeCo-OMPC還表現出了優秀的耐久性能和甲醇抵抗力。這首先因為FeCo-OMPC比較難于和氧氣發生反應,也因為該催化劑具有更大的表面積。

    為了評估FeCo-OMPC催化劑的耐久性,小組使用0.6V和1.0V之間的工作電壓,循環一萬次進行試驗。

    他們通過分析電壓變動量和電流密度發現:FeCo-OMPC催化劑表現出了超過鉑/碳催化劑的優秀的耐久性能和更好的抗失效性能。

    研究者說,近些年來,氧還原反應催化劑的進展很快。舉例來說,鉛鋁內核加單層鉑外層的納米顆粒、鉑-鈷化合物的納米顆粒、和介孔結構鉑鎳薄膜等,都具有在酸性介質中出色的催化能力。他們認為,和以上新型催化劑一樣,M-OMPC也是很有希望的,將來還可以應用于諸如金屬-空氣電池、電解器等的其他的電催化反應中。

    5. M-OMPC催化劑的表面積大,可以提高催化反應的有效接觸面積

   

 
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