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新型催化剂攻克氢燃料电池汽车应用难题

来源:中国科学报 作者:杨保国 范琼 人气: 发布时间:2019-02-01 10:23:55

近日,中国科学技术大学教授路军岭、韦世强、杨金龙等所在的课题组密切合作,研制出一种新型催化剂,攻克了新能源汽车——氢燃料电池汽车推广应用的关键难题:解除氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机,延长电池寿命,拓宽电池使用的温度限制,确保其在寒冬也能正常启动。该研究成果加快了氢能源汽车民用推广的步伐,于1月31日在线发表在《自然》杂志上。

氢气被认为是未来最有前途的清洁能源之一。氢燃料电池利用氢和氧的化学反应释放的化学能转化为电能,无需燃烧,具有高能量转换效率和零排放的优势,是未来新能源汽车的主要发展方向之一。但氢燃料电池的发展面临许多挑战,其中一个关键难题是燃料电池铂电极的一氧化碳“中毒”问题。

目前,氢主要来源于甲醇、天然气等碳氢化合物的蒸气重整和水煤气变换反应,由此产生的氢通常含有0.5%~2%的一氧化碳。作为氢燃料电池汽车的“心脏”,燃料电池铂电极容易被一氧化碳杂质气体“毒害”,导致电池性能下降,寿命缩短,严重阻碍氢燃料电池汽车的推广。

研究领域看好的车载氢气净化法,是将特定催化剂放置在燃料电池的入口处,在氢气进入燃料电池之前,使氢气中的一氧化碳杂质气体优先和氧气发生反应,从而避免一氧化碳杂质气体进入电池毒化电极。但现有的催化剂只能在高于室温和极窄的温度范围内工作,这使得氢燃料电池汽车无法在频繁冷启动期间得到有效保护,导致氢燃料电池汽车很难广泛应用。

路军岭团队设计了一种分散于铂表面的氢氧化铁新型催化剂,该催化剂能够在198~380开尔文(约合零下75℃~零上107℃)的温度范围内百分百选择性地高效去除氢燃料中的微量一氧化碳。因此,该新型催化材料可以为氢燃料电池在频繁冷启动(即使在约零下75℃的极寒条件下)和连续运行期间提供全时保护,避免氢燃料电池一氧化碳“中毒”。

“这些发现可能会大大加速氢燃料电池汽车时代的到来。”路军岭说,我们的最终目标是开发一种廉价且具有高活性、高选择性的一氧化碳优先氧化催化剂,既可以提供机载燃料电池的全时保护,也可以为工厂高纯氢气制备提供有效手段。

一位审稿人评论说:“与文献报道的其它催化剂相比,这种倒置型单原子催化剂,在富氢氛围下,一氧化碳优先氧化反应中的活性、选择性和稳定性均表现最佳。”

(逍遥客)

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