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科学家解决了氢能汽车燃料电池的耐久性问题

文字:[大][中][小] 发布时间:2020-8-10  浏览次数:132

当自行车被雨淋湿后,车架和链条会被腐蚀或生锈,从而缩短自行车的使用寿命。需要定期涂抹机油来防止这种情况的发生。电池片是通过移动电子分别引发氧化反应和还原反应来产生电能的装置。但它们暴露在氧气中也会被腐蚀。这些电池也可以涂上油脂来防止生锈吗?

由韩国浦项科技大学(POSTECH)材料科学与工程的Yong-Tae Kim教授和博士生Sang Moon Jung领导的研究小组使用一种结合了铂金和氢钨青铜的催化剂(Pt/HxWO3)来解决燃料电池在氢汽车关闭时发生的腐蚀问题。这种催化剂最近在《自然》杂志的姊妹刊《自然催化》(Nature Catalysis)上发表,被证明可以促进氢氧化,并选择性地抑制氧还原反应(ORR)。


随着环保型氢气汽车的普及,全球范围内为提高燃料电池性能而进行的研发竞赛越来越激烈。与一旦启动就不会停止的发电燃料电池相比,车用燃料电池的性能严重低下,原因是它的间歇性停机。这是因为当点火关闭时,由于空气被暂时引入阳极,发生ORR,阴极的电位瞬间激增,阴极元件的腐蚀加速。

研究团队重点研究了金属绝缘体转变(MIT)现象,该现象可以根据周围环境选择性地改变材料的导电性,以解决汽车燃料电池的耐久性退化问题。

特别是,研究小组重点研究了传统上作为电致变色材料的氧化钨(WO3),因为它通过质子的插入和还原大大改变了电导率。应用WO3在正常工作中的MIT现象,在插入一个质子后,在保持H-WO3(导体)状态的同时,会发生电极反应。而当点火关闭时,混合空气被吸入,使氧压增加,变为WO3(亚导体),从而停止电极反应,解决了阴极腐蚀的问题。

在汽车燃料电池的MEA评价中,由金属-绝缘体转变现象赋予的Pt/HxWO3选择性氢氧化反应(HOR)催化剂在关停条件下的耐久性是传统商用Pt/C催化剂材料的两倍以上。

领导这项研究的Yong-Tae Kim教授评论说:"这项研究极大地提高了汽车燃料电池的耐久性。" 他补充说:"预计通过这些研究结果,可能会进一步促进氢气汽车的商业化。"

论文标题为《Selective electrocatalysis imparted by metal–insulator transition for durability enhancement of automotive fuel cells》。

来源:科技报告与资讯