韩国新型燃料电池催化剂减少生产成本10%

2013-10-02 19:16:20来源: 互联网

    蔚山国立科技研究所(UNIST)、韩国能源研究所(KIER)和美国Brookhaven国家实验室的三个机构的研究人员发现了一组新的基于“有序排列、孔状、卟啉碳原子(M-OMPC)”的不含贵金属的燃料电池催化剂,它表面积大,其孔状结构还可以人为调节。

    这种催化剂在氧还原反应方面的性能超过金属铂,对于燃料电池非常重要,但是生产成本仅为铂的10%。该研究结果将进一步降低燃料电池的价格,这对于燃料电池汽车的推广具有关键作用。

    燃料电池的优点很多:它们工作效率高、环境污染小,广泛适用于汽车、小型汽电器、家庭发电装置。长期以来,燃料电池主要采用位于阳极和阴极的碳纳米管载铂基催化剂。但是铂基催化剂在阴极上的性能较差,不利于氧还原反应进行。另外,铂基催化剂容易在长期使用后烧结成块,造成催化剂失效。金属铂的高价格、低存量也进一步限制了燃料电池的普及。所以,由此催生了一种低价格、高性能、无贵金属的新型催化剂。

    该款新研发的材料源自“有序排列、孔状、二氧化硅(OMS)模板”,加入金属卟啉前体后,经过纳米铸造而成。它们的卟啉碳原子具有三维网络结构。

其优势有:

    1. 在实验室条件下,其合成路线简单可靠

    2. 通过改变OMS模板,M-OMPC的孔状结构的尺寸和连接状态可以人为调节

    3. 使用合适的方法,每次都能够制取较大量的M-OMPC催化剂,每次可达10g的重量级别

    4. 分层良好的、具有纳米级孔结构的M-OMPC可以提升燃料和副产物的运输效率

    在一系列M-OMPC催化剂中,掺有铁和钴的FeCo-OMPC表现出了极高的酸性条件下的催化氧还原反应的能力。它不但是非贵金属催化剂中性能最好的,而且在0.9V电压的条件下,它的性能甚至还超过了常规的铂/碳催化剂80%以上。另外,相比铂/碳催化剂,FeCo-OMPC还表现出了优秀的耐久性能和甲醇抵抗力。这首先因为FeCo-OMPC比较难于和氧气发生反应,也因为该催化剂具有更大的表面积。

    为了评估FeCo-OMPC催化剂的耐久性,小组使用0.6V和1.0V之间的工作电压,循环一万次进行试验。

    他们通过分析电压变动量和电流密度发现:FeCo-OMPC催化剂表现出了超过铂/碳催化剂的优秀的耐久性能和更好的抗失效性能。详见下图。

图1:一万次工作前后,常规铂催化剂和FeCo-OMPC催化剂的工作曲线比较

图2:铂/碳催化剂和FeCo-OMPC催化剂在一万次工作前后的产生电流的对比

    研究者说,近些年来,氧还原反应催化剂的进展很快。举例来说,铅铝内核加单层铂外层的纳米颗粒、铂-钴化合物的纳米颗粒、和介孔结构铂镍薄膜等,都具有在酸性介质中出色的催化能力。他们认为,和以上新型催化剂一样,M-OMPC也是很有希望的,将来还可以应用于诸如金属-空气电池、电解器等的其他的电催化反应中。

    5. M-OMPC催化剂的表面积大,可以提高催化反应的有效接触面积

关键字:韩国  韩国新  新型  燃料

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/1002/article_7962.html
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