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新能源汽車新型催化劑研製成功 延長電池壽命

2019-02-11 08:05:45  來源:光明日報

  中國科學技術大學教授路軍嶺、韋世強、楊金龍等課題組密切合作,研製出一種新型催化劑,攻克了新能源汽車——氫燃料電池汽車推廣應用的關鍵難題:解除氫燃料電池一氧化碳“中毒休克”危機,延長電池壽命,拓寬電池使用溫度環境,在寒冬也能正常啟動。該研究成果日前線上發表在國際權威學術期刊《自然》上。

  氫氣被認為是未來最有前途的清潔能源之一。氫燃料電池利用氫和氧化學反應釋放的化學能轉化為電能,無須燃燒,具有高能量轉換效率和零排放,是未來新能源清潔動力汽車的主要發展方向之一。但氫燃料電池的發展面臨許多挑戰,其中一個關鍵難題是燃料電池鉑電極的一氧化碳“中毒”問題。當下,氫主要來源於甲醇和天然氣等碳氫化合物的蒸汽重整和水煤氣變換反應,由此產生的氫通常含有0.5%至2%的一氧化碳。作為氫燃料電池汽車的“心臟”,燃料電池鉑電極容易被一氧化碳雜質氣體“毒害”,導致電池性能下降和壽命縮短,嚴重阻礙氫燃料電池汽車的推廣。

  學術界比較看好的車載氫氣淨化法,是將特定催化劑放置在燃料電池的入口處,在氫氣進入燃料電池之前,使氫氣中的一氧化碳雜質氣體優先和氧氣發生反應,從而避免一氧化碳雜質氣體進入電池毒化電極。然而,現有的催化劑只能在高於室溫和極窄的溫度範圍內工作,使得氫燃料電池汽車無法在頻繁冷啟動期間得到有效保護,很難步入實用。

  路軍嶺團隊設計了一種原子級分散於鉑表面的氫氧化鐵新型催化劑,該催化劑能夠在198~380開爾文(約合-75℃至107℃)的溫度範圍內100%選擇性地高效去除氫燃料中的微量一氧化碳。因此,該新型催化材料可以為氫燃料電池在頻繁冷啟動(即使在約零下75℃的極寒條件下)和連續運行期間提供全時保護,避免氫燃料電池受一氧化碳中毒。

  “這些發現可能會大大加速氫燃料電池汽車時代的到來。”路軍嶺說,我們的最終目標是開發一種廉價的且具有高活性、高選擇性的一氧化碳優先氧化催化劑,既可以提供機載燃料電池的全時保護,也可以為工廠高純氫氣製備提供有效手段。

  一位審稿人評論說:“與文獻報道的其他催化劑體系相比,這種倒置型單原子催化劑在富氫氛圍一氧化碳優先氧化反應中的活性、選擇性和穩定性均表現最佳。”

編輯:於鵬

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