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制造燃料电池的成本只是其中的一小部分

2019-03-09 09:11:01
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燃料电池有可能成为运行汽车,计算机和发电站的清洁高效的方式,但生产它们的成本限制了它们的使用。这是因为最常见的燃料电池的关键部件是由贵金属铂制成的催化剂。

在今天发表的一篇论文小,研究人员在加州大学河滨分校,描述了一种廉价,高效的催化剂材料的开发一种称为聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)类型的燃料电池,其原来的化学能氢转化为电能,是汽车和电子产品中最有前途的燃料电池类型之一。

在UCR开发的催化剂由多孔碳纳米纤维制成,其嵌入由相对丰富的金属如钴制成的化合物,其比铂便宜100多倍。该研究由UCR Marlan和Rosemary Bourns工程学院的Winston Chung资源能源创新教授David Kisailus领导。

斗地主手机版已经被一些汽车制造商使用的燃料电池提供优于传统燃烧技术的优点,包括更高的效率,更安静的操作和更低的排放。氢燃料电池仅排放水。

与电池一样,燃料电池是电化学装置,其包括夹着电解质的正极和负极。当氢燃料注入阳极时,催化剂将氢分子分离成称为质子的带正电粒子和称为电子的带负电粒子。电子被引导通过外部电路,在那里它们做有用的工作,例如给电动机供电,然后重新加入带正电的氢离子和氧气以形成水。

燃料电池采用的一个关键障碍是铂的成本,使得替代催化剂材料的开发成为其大规模实施的关键驱动因素。

使用一种称为静电纺丝技术的技术,UCR研究人员制造了纸质薄的碳纳米纤维薄片,其中含有金属离子 - 钴,铁或镍。在加热时,离子形成超细金属纳米颗粒,催化碳转化为高性能石墨碳。随后,金属纳米颗粒和残留的非石墨碳被氧化,导致分散在多孔石墨网络中的高度多孔且有用的金属氧化物纳米颗粒网络。

Kisailus和他的团队与斯坦福大学的科学家合作,确定新材料的性能与行业标准的铂碳系统一样好,但成本只是其中的一小部分。

“我们创造的材料的高性能的关键是化学和纤维加工条件的结合,”Kisailus说。“显着的电化学性能主要归因于金属氧化物的工程化与暴露的活性位点和3D分级多孔石墨结构的协同效应。”

Kisailus说,催化纳米复合材料的另一个好处是它的石墨纤维性质提供了额外的强度和耐久性,这使它既可以作为燃料电池催化剂,也可以作为结构部件。

“制造高性能车辆的一个重要挑战是减轻车身,以及电池或燃料电池的额外重量,同时不影响安全性或性能,”他说。“我们创造的材料可以使汽车制造商将结构部件(例如发动机罩或底盘)转变为有助于动力汽车的功能元件。

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