科学家开发了用于持久燃料电池的新材料

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科学家开发了用于持久燃料电池的新材料

最新研究表明,以特定方式制造的石墨烯可用于制造更耐用的汽车氢燃料电池

在今天发表在《纳米尺度》杂志上的这项研究中,科学家们通过一种特殊的,可扩展的技术生产了石墨烯,并将其用于开发氢燃料电池催化剂。来自伦敦玛丽大学和伦敦大学学院(UCL)的科学家组成的研究小组表明,这种新型的石墨烯基催化剂比市售催化剂更耐用,并且性能匹配。

氢燃料电池通过在催化剂的帮助下将氢和氧结合起来,将化学能转化为电能。由于反应的唯一副产品是水,因此它们提供了高效而环保的动力源。

铂是用于这些燃料电池的最广泛使用的催化剂,但是其高成本对于氢燃料电池的商业化是一个大问题。为了解决这个问题,通常通过将微小的铂纳米颗粒装饰到便宜的碳载体上来制备商业催化剂,但是该材料的较差的耐久性极大地降低了当前燃料电池的寿命。

先前的研究表明,石墨烯由于其耐腐蚀性,高表面积和高导电性而可以成为燃料电池的理想载体材料。但是,迄今为止,大多数实验中使用的石墨烯都包含许多缺陷,这意味着尚未实现预期的改进电阻。

这项研究中描述的技术可以在一锅合成中生产出装饰有铂纳米粒子的高质量石墨烯。该方法可以扩大规模以进行大规模生产,从而将石墨烯基催化剂用于广泛的能源应用。


UCL电化学工程教授Dan Brett教授说:“在不损害环境的前提下满足全球能源需求是现代的巨大挑战之一。氢燃料电池可以提供更清洁的能源,并且已经在某些汽车中用作汽油或汽油的替代品。然而,阻碍其广泛商业化的一大障碍是催化剂能否承受其在能源应用中所需的广泛循环。我们已经表明,通过使用石墨烯代替典型的无定形碳作为载体材料,我们可以制造出超耐用的催化剂。”

研究人员通过一种基于美国能源部(DoE)推荐的测试,即加速应力测试,证实了石墨烯基催化剂的耐久性。加速应力测试故意在短时间内在多个循环中对催化剂快速施加应力,从而使科学家能够评估新材料的稳定性,而不必在几个月或几年的时间里将其用于运行中的燃料电池中。

科学家使用这些测试表明,与商业催化剂相比,新开发的石墨烯基催化剂在相同测试期间的活性损失降低了约30%。

耿明安博士 来自伦敦大学学院的学生和研究的主要作者说:“能源部为燃料电池的耐用性设定了测试和目标,其中一项加速应力测试用于模拟正常操作条件,而另一项模拟在启动和关闭燃料电池时所经历的高压。石墨烯领域中的大多数研究仅使用推荐的测试之一进行评估,但是,由于我们的材料中使用了高质量的石墨烯,因此我们设法在长期测试和长期测试中都实现了高耐久性。对于这些材料的未来商业化非常重要。我们期待将我们的新型催化剂应用于商业技术,并实现更长寿命的燃料电池的优势。”

石墨烯由排列成六边形晶格的单层碳原子制成。尽管其结构相对简单,但石墨烯被认为具有非凡的性能,包括高电导率,高透明度和高柔韧性。

伦敦玛丽皇后大学可再生能源讲师帕特里克·库伦博士说:“多年来,石墨烯一直受到大肆宣传,并且该材料的应用前景广阔。然而,研究界仍在等待为了充分发挥其潜能,这导致人们对这种提议的“奇妙材料”产生了消极的看法,许多石墨烯研究都使用有缺陷的石墨烯这一事实并没有帮助,我们希望本文能够恢复对石墨烯的信念,并表明这种材料在现在和将来都具有改进技术的巨大潜力,例如燃料电池。”


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