新闻中心

康奈尔大学发现碳涂层可催化氢燃料电池基本反应 或将推广氢燃料汽车应用

发布时间:2022-04-06 作者:本站 浏览量:294


康奈尔大学(Cornell University)的研究人员发现,氮掺杂、碳涂层的镍阳极可以催化氢燃料电池中的基本反应,其成本远低于目前使用的贵金属。该发现将可以加速扩展氢燃料电池的应用,如汽车等使用高效清洁能源的领域。


这是Héctor D. Abruña实验室在寻找碱性燃料电池的活性、廉价、耐用的催化剂时的一系列发现之一。艺术与科学学院化学与化学生物学系Emile M. Chamot教授Abruña表示:“这一发现在使用高效、清洁的氢燃料电池代替化石燃料方面取得了进展。”


目前氢燃料电池需要昂贵的贵金属,如铂,以有效地催化进行发电反应。尽管碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEMFC)能够使用非贵金属电催化剂,但它们缺乏替代贵金属基系统所需的性能和耐用性。


燃料电池通过氢氧化反应(HOR)和氧还原反应(OOR)发电。Abruña称铂金是这两种反应的模型催化剂,因为它能够有效催化,并且在PEM燃料电池的酸性环境中很耐用。


研究人员称最近用非贵金属HOR电催化剂进行的实验旨在克服两个主要挑战:氢结合能过强导致本征活性低,以及金属氧化物形成快速钝化导致耐久性差。


为了克服上述问题,研究人员设计出一种镍基电催化剂,其外壳大小为2纳米,由氮掺杂碳制成。研究的氢燃料电池有一个阳极(氢被氧化)催化剂,该催化剂由一个被碳壳包围的实心镍核组成。当与钴锰阴极(氧气被还原)配对时,所得到的完全不含贵金属的氢燃料电池每平方厘米输出超过200毫瓦。


Abruña说,镍电极表面上氧化镍物质显著减慢了氢氧化反应。该氮掺杂碳涂层用作保护层并增强HOR动力学,使反应更快、更有效。


此外,镍电极上石墨烯涂层防止形成氧化镍,从而大大提高了电极的寿命。这些电极对一氧化碳的耐受性也更强,而一氧化碳会迅速毒化铂。Abruña表示:“这种新型阳极的使用将大大降低价格,使碱性燃料电池能够在广泛的领域得到应用。”