韩国研发单原子铂催化剂 可让燃料电池在700摄氏度高温下工作

与可充电二次电池不同，燃料电池是一种环保的发电系统，它使用氢气作为燃料，氧气作为氧化剂，通过电化学反应直接发电。燃料电池有各种类型，工作温度和电解质材料也不同。由陶瓷电解质制成的固体氧化物燃料电池越来越受到关注，因为它可以在大约700摄氏度的高温下工作，也是所有类型燃料电池中效率最高的电池，并且还可以通过蒸汽分解产生氢气。为了实现这项技术的商业化，有必要进一步提高电池性能，研究人员将希望寄托在新型高温催化剂材料上。

铂催化剂在燃料电池电极反应中表现出优异的性能，单原子铂催化剂因其独特的性能而备受关注。然而，在高温下，铂原子是不稳定的，容易结块。因此，单原子铂催化剂只能用于低温燃料电池，如氢动力汽车的聚合物电解质膜燃料电池。据外媒报道，韩国国家科学技术院能源材料研究中心的研究人员与汉阳大学的研究人员合作开发了一种单原子铂催化剂，该催化剂只需少量铂即可显著提高性能，并能在高温下稳定运行。在这项研究中，整个铂原子分布均匀，可以独立发挥作用，即使在高温下也不会聚集在一起。实验表明，该催化剂可使电极反应速率提高10倍以上，也可在高达700摄氏度的高温下工作500小时以上，发电和制氢性能提高3至4倍，有望加速固体氧化物燃料电池的商业化。研究小组通过将铂原子与氧化铈纳米颗粒结合，开发了一种单原子催化剂。每个铂原子分别分散在氧化铈纳米颗粒的表面上。强化学键使铂原子即使在高温下也能长时间保持分散，并使所有铂原子都能参与反应。这反过来又使其能够显著提高电极反应的速率，同时最大限度地减少铂的使用。

在制造过程中，首先将含有铂和铈离子的溶液注入SOFC的电极中，并在燃料电池在高温下运行时合成催化剂。由于在不需要任何特殊设备的情况下易于将催化剂注入电极，新开发的催化剂可以很容易地应用于现有的燃料电池制造工艺。研究人员表示：“该研究所开发的催化剂采用了一种简单、低成本的工艺，可应用于各种固体氧化物燃料电池和高温电化学设备，有望加速新一代环保发电和储能设备的开发。由于单原子催化剂可在700摄氏度及以上的温度下工作，因此其应用阳离子的范围也大大扩大，包括高温热化学反应和高温电化学反应。"

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