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新型氢燃料电池电极设计,有望提高催化剂反应性20倍

2019-03-07 16:30:14 张诗萌

即使目前氢燃料车存在成本高、氢气站基础建设限制跟商业化发展不易难题,科学家对研发氢燃料电池的热情一点也没有少,近期美国科学家便设计新型氢燃料电池电极,推估可提高催化剂反应性10-20倍,有望降低贵金属含量与解决电池昂贵的问题。

新型氢燃料电池电极设计,有望提高催化剂反应性20倍

就像电动车成本30-40%为锂离子电池一样,氢燃料电池也是氢燃料车的心脏及主要成本所在,这是因为通常科学家会在电池阳极催化剂中加入贵金属铂,让氢燃料电池的成本一直以来居高不下。

目前也有不少科学家想要降低催化剂的贵金属成分, 比如美国威斯康辛大学麦迪逊分校将成本较低的钴金属装在氢燃料反应器附近,就算使用大量的钴也不会影响化学反应运作;美国布朗大学则打造一款具有特殊结构的合金纳米粒子,粒子外壳由铂制成,核心则是由交错的钴与铂原子层打造,有助提高催化剂反应性和耐用性。

而除了研发与改良新催化剂,也有团队着手研究氢燃料电池的电极,约翰.霍普金斯大学(JHU)与普渡大学便投入新型电极研究。普渡大学化学工程教授JeffreyGreele表示,团队基本上运用「力」来调整电极中金属薄板的性质,透过调整材料的厚度,团队能够产生更多的应变(strain),改变材料性质,其中就包括分子如何相结合,进而加速材料表面的反应速度。

JHU化学与生物分子工程助理教授Chao Wang表示,由于每种材料在受力时,原子能阶的晶体对称性会被破坏,造成材料表面发生应变,而团队已找出让晶体变薄的方法,可以缩短原子之间的距离,提高材料的反应性。

这种原理就象是人们难以折断一把筷子,但可以轻松折断一根筷子一样,团队已透过控制应变效应、原子之间的距离,让晶格变得比头发还细100万倍,科学家就能更容易控制材料。

这样一来科学家也可藉由新技术,提高燃料电池催化剂的反应性,团队预估,新方法有望将催化剂反应性提高10-20倍,氢燃料电池中的贵金属成分也能降低90%,或许可以进一步降低氢燃料电池车的成本。

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