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韓國(guó)研發(fā)單原子鉑催化劑 可讓燃料電池在700攝氏度高溫下工作
時(shí)間:2020-11-06 09:48來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：KIST）
與需要充電的二次電池不同，燃料電池是一種環(huán)保型發(fā)電系統(tǒng)，采用氫氣作燃料，氧氣作氧化劑，通過電化學(xué)反應(yīng)直接發(fā)電。燃料電池的種類繁多，工作溫度和電解質(zhì)材料也不盡相同。采用陶瓷電解質(zhì)制成的固體氧化物燃料電池（SOFC）正受到越來越多的關(guān)注，因?yàn)槠淠軌蛟?00攝氏度左右的高溫下工作，也是在所有類型的燃料電池中效率最高的電池，還能夠通過蒸汽分解產(chǎn)生氫氣。為了實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)化，需要進(jìn)一步提升電池性能，研究人員將希望寄托在新型高溫催化劑材料上。
鉑催化劑在燃料電池電極反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，單原子鉑催化劑因具獨(dú)特性能而備受關(guān)注。不過，在高溫下，鉑原子不穩(wěn)定，容易結(jié)塊。因此，單原子鉑催化劑僅可用于低溫燃料電池，如用于氫動(dòng)力汽車的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。
據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）能源材料研究中心的研究人員與漢陽大學(xué)研究人員合作研發(fā)出一種單原子鉑催化劑，只需少量鉑就可顯著改善性能，而且可在高溫下穩(wěn)定運(yùn)行。
在研究中，整個(gè)鉑原子均勻分布，可單獨(dú)發(fā)揮作用，即使在高溫下也不會(huì)聚集在一起。實(shí)驗(yàn)表明，該催化劑可以使電極反應(yīng)速率提高10倍以上，還可以在高達(dá)700攝氏度的高溫下工作500小時(shí)以上，并將發(fā)電和制氫性能提高3至4倍，有望加速固體氧化物燃料電池（SOFC）的商業(yè)化。
該研究小組通過將鉑原子與鈰（Ce）氧化物納米顆粒結(jié)合制成了單原子催化劑。每個(gè)鉑原子都單獨(dú)分散在氧化鈰納米顆粒表面，強(qiáng)大的化學(xué)鍵使鉑原子即使在高溫下，也能在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持分散狀態(tài)，還能讓所有鉑原子參與反應(yīng)。這反過來又可以讓其可以大幅度提高電極反應(yīng)的速率，同時(shí)將鉑的使用量減至最少。
（圖片來源：KIST）
在制造過程中，先將一種含有鉑和鈰離子的溶液注入到SOFC 的電極中，并在燃料電池在高溫下工作時(shí)合成催化劑。由于不需要任何特殊設(shè)備就可輕易將催化劑注入到電極中，因此，新研發(fā)的催化劑可以很容易地應(yīng)用到現(xiàn)有的燃料電池制造過程中。
研究人員表示：“該研究所研發(fā)的催化劑采用簡(jiǎn)單的低成本工藝，可應(yīng)用于各種固體氧化物燃料電池和高溫電化學(xué)設(shè)備，有望加速研發(fā)新一代環(huán)保發(fā)電和能源存儲(chǔ)設(shè)備。由于該單原子催化劑可以在700攝氏度及以上的高溫下溫度工作，其應(yīng)用范圍也得到大大擴(kuò)展，包括可用于高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)和高溫電化學(xué)反應(yīng)。”
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