新型氢燃料电池催化剂不需碳载体
2020-09-30 16:39:33
摘要：当今广泛应用的氢燃料电池利用铂钴纳米颗粒作为催化剂，需要施加到导电碳载体材料上。由于燃料电池中的小颗粒以及碳受到腐蚀，因此随着时间的流逝，电池会失去效率和稳定性。
当今广泛应用的氢燃料电池利用铂钴纳米颗粒作为催化剂，需要施加到导电碳载体材料上。由于燃料电池中的小颗粒以及碳受到腐蚀，因此随着时间的流逝，电池会失去效率和稳定性。
瑞士伯尔尼大学领导的国际科研团队使用特殊工艺开发出了新的催化剂，性能更高、更耐用。
在氢燃料电池中，氢原子被分裂然后产生电能。为此，氢被送入一个电极，在那里它被分解成带正电荷的质子和带负电荷的电子。电子通过电极流出，在电池外部产生电流，然后驱动汽车发动机。质子穿过一个只对质子渗透的膜，在另一边与涂有催化剂（现在应用的是铂钴合金网）的第二个电极与空气中的氧气发生反应，从而生成水蒸气，通过“排气管”排出。
为了使燃料电池发电，两个电极上都必须涂上催化剂。如果没有催化剂，化学反应将进行得非常缓慢，这尤其只用于第二电极、氧电极。催化剂中的铂钴纳米粒子在车辆运行过程中会“熔化在一起”，这会降低电池的效率，此外，通常用于固定催化剂的碳在反应过程中会被腐蚀，影响燃料电池的使用寿命。科研人员表示，他们的动机是在没有碳载体的情况下生产出电催化剂。
之前，没有载体材料的类似催化剂表面积较小，由于表面积的大小对催化剂的活性和性能至关重要，因此不合适工业使用。现在，科研组设计的特殊工艺，解决了这一难题。
这是一种叫做阴极溅射的特殊工艺。采用这种方法，一种物质的个体（铂或者钴）被离子轰击溶解（雾化），释放出来的气态原子随后凝结成一层粘合层。
“通过特殊的溅射工艺和随后的处理，可以获得一个非常多孔的结构，这使得催化剂具有较大的表面积，同时又可以自我支撑，因此碳载体变得多余了。”莱布尼茨等离子体科学与技术研究所负责这项研究的主要作者古斯塔夫·西弗斯博士说。
研究小组负责人表示：“这项技术在工业上具有可扩展性，因此也可以用于更大的生产量，例如在汽车行业。”这一研究让氢燃料电池在道路交通中的应用得到进一步优化。因此，这项研究结果对于可持续能源利用的进一步发展具有重要意义。（国家能源）
