研究人员开发出新工具 加快氢动力汽车开发并提高效率

与传统电动汽车相比，随着氢动力汽车的应用范围不断扩大，燃料电池面临着一个重要的应用问题，即需要能够安全地将氢气和氧气转化为水。据外媒报道，科罗拉多大学博尔德分校的研究人员开发了新的计算工具和模型，可以更好地理解和管理转换过程，从而解决上述问题的一个方面。这项研究由化学和生物工程副教授Hendrik Heinz领导，并与加州大学洛杉矶分校合作进行。

燃料电池电动汽车通过将储罐中的氢气与从空气中提取的氧气相结合来发电，从而消除了插电的需要，并且只有水作为副产品。上述优势和其他因素使燃料电池电动汽车在绿色和可再生能源交通领域极具吸引力。海因茨表示：实现燃料电池电动汽车可行性的关键是为燃料电池找到一种有效的催化剂，这种催化剂可以在安全驾驶所需的受控条件下与氢气和氧气反应。与此同时，研究人员也在寻找一种可以在室温下发挥作用的催化剂，这种催化剂不仅高效，而且在酸性溶液中使用寿命长。目前，铂金属是一种常见的催化剂。然而，到目前为止，预测表明，在不同的条件下，将最佳材料组合起来进行放大仍然非常具有挑战性。海因茨表示：几十年来，尽管通过使用纳米板、纳米线和许多其他纳米结构已经取得了重大进展，但研究人员一直在努力预测这项工作所需的复杂过程。为了解决这个问题，我们开发了金属纳米结构与氧、水和金属相互作用的模型，其精度是当前量子方法的10倍以上。这些模型还可以包括溶剂和动力学财产，并揭示了定量相关性是指表面氧的可用性与氧化还原反应中催化活性之间的关系。Heinz表示，他的团队开发的定量模拟可以证明当在铂表面的水分子层中遇到不同障碍物时，氧分子之间的相互作用。这些相互作用可能导致后续反应缓慢或快速的差异，并需要控制反应过程以进行有效的工作。这些反应非常快，一平方纳米的水的转化仅需一毫秒即可完成，反应位点仅为一个小的催化剂表面。所有变量都将以复杂的“舞蹈”形式组合在一起，这是研究团队用来以预测方式建模的方法。Heinz补充说，研究中使用的计算和数据密集型方法可以用于创建设计的纳米结构，最大限度地提高催化效率，并可能对表面进行修饰，以进一步优化燃料电池的成本效益。

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