美国取得燃料电池研究突破 可减少铂使用量制成低成本燃料电池

据外媒报道，来自加州大学洛杉矶分校、加州理工学院和福特汽车公司的一组研究人员对燃料电池技术进行了改进，使该技术在效率、稳定性和动力方面超过了美国能源部设定的目标。目前，没有其他燃料电池在这方面同时达到同样的里程碑。

这一最新突破可能会带来一种新型可再生能源，它可以在白天使用太阳能将水转化为氢气（000591，股票吧），在晚上将氢气转化为水，同时还可以提供电力。研究人员表示，这一次性能的重大进步可能会为汽车和其他车辆引入一种廉价实用的零排放能源技术，这种技术只会将水排放到大气中。这项研究的重点是微调微观表面的细节，微观表面是化学反应提供能量的位置。与电池类似，燃料电池也可以储存能量。质子交换膜燃料电池可以从储存在空气中的氢气和氧气的化学反应中获得能量。这种类型的气体可以在燃料电池内部结合以提供电力，同时只排水而不排放二氧化碳，这使得它非常环保。这种PEMFC技术有望成为汽车内燃机的清洁替代品，因为汽车内燃机会排放温室气体和污染物。然而，在这种燃料电池技术被广泛采用之前，需要克服几个障碍。主要问题之一是将氧气还原为水的化学反应非常缓慢，需要大量昂贵的铂来引发和维持这种反应。此外，尽管产生的水蒸气比碳排放要好得多，但水蒸气的存在可以停止反应，因此有必要快速转移水蒸气以使化学反应继续进行。在加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院材料科学与工程系的Yu Huang教授的带领下，该团队克服了几个主要障碍，满足了DOE的要求。首先，该团队大大加快了化学反应，大大减少了对昂贵铂的需求。此外，研究人员还发现了一种快速去除反应区多余水分的方法。该研究的主要作者、黄教授团队的博士后赵子鹏表示，关键是从纳米尺度塑造碳载体的表面细节，使氧气的流入与副产物水的流出形成完美的比例，从而最大限度地提高化学反应速率。黄教授是加州大学洛杉矶分校纳米系统研究所的成员，多年来一直领导燃料电池改进研究，包括改变燃料电池的形状以显著减少催化反应所需的铂量，以及创造新的纳米结构以提高燃料电池的效率。黄教授最近的研究是从零开始的，重点是微调碳支撑结构的表面，在那里会发生化学反应。尽管铂本身催化反应，但与周围的碳相比，它只占据十分之一的空间，这意味着大多数时候，氢、氧和由此产生的水蒸气都位于碳表面附近。黄教授说， “这项研究最具挑战性的部分是，我们需要一个坚实可靠的基准来衡量我们的研究进展。我们花了近两年的时间开发了一种可重复使用的工程技术和优化方案来制备燃料电池，这也使我们能够从科学的角度研究催化剂层并获得可靠的结论燃料电池原子层的搭接。为此，黄教授与美国加州理工学院化学、材料科学和应用物理系的William A.Goddard III、Charles和Mary Ferkel教授长期合作，对理想微环境进行分子动力学模拟。

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