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美開發出高性能合金燃料電池催化劑

    美國布朗大學研究人員開發出一種新型合金催化劑,既可以減少貴金屬鉑的用量,又具有良好的性能,其活性和耐久性指標都超過了美國能源部制定的2020年車用電催化劑技術指標,具有廣闊應用前景。

  鉑催化劑成本高昂,是阻礙氫燃料電池廣泛使用的重要因素之一。要降低成本,將鉑與其他廉價金屬結合制成合金催化劑是一個可行思路,但如何保持這類催化劑的性能則是一個挑戰。

  新型催化劑由鉑和鈷制成,外層是純鉑,其內包裹著由鉑原子和鈷原子交替形成的核心。這種分層的核心結構是催化劑具有良好活性和耐久性的關鍵。研究人員16日在《焦耳》期刊上發表研究報告稱,初步測試表明,該催化劑在實驗室環境中表現良好,經過3萬個電壓周期后仍能很好地保持其活性,而傳統催化劑在經過這么多次電壓循環后性能會顯著下降。對于燃料電池汽車而言,3萬個電壓周期大致相當于燃料電池汽車使用5年。

  為進一步驗證催化劑在真實燃料電池工作環境中的性能,研究人員將催化劑送到美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室進行了測試,結果超乎預料。新型催化劑的初始活性和耐久性測試數據都遠優于美國能源部設定的車用電催化劑2020年技術目標。能源部2020年車用電催化劑初始活性技術目標為0.44A/mg(每毫克0.44安培),耐久性目標為3萬個電壓周期后催化活性損失低于40%,即其活性至少為0.26A/mg。而新型合金催化劑的初始活性為0.56A/mg,3萬個電壓循環后活性為0.45A/mg。

  研究人員表示,耐久性是合金催化劑的一大難題,新型催化劑無論是初始活性還是耐久性都達到了很高標準,未來應用前途十分廣闊。

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