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布法罗大学发现新的铁催化剂 可降低氢燃料电池成本

618车资据外媒报道,纽约州立大学布法罗分校(University at Buffalo, the State University of New York)发现将铁与氮和碳结合,可生产出高效、耐用和廉价的催化剂,以用于燃料电池。

图片来源:纽约州立大学布法罗分校

该研究的主要作者、布法罗分校工程与应用科学学院化学与生物工程教授武刚博士表示:“我们一直在做该项研究,此次发现或将是一项重大突破,最终将有助于释放氢燃料电池的巨大潜力。”

根据美国能源部的说法,燃料电池的工作方式与电池类似,但它们不会耗尽电力或需要充电。只要提供燃料(例如氢气),它们就会产生电力和热量。

长期以来,由于燃料电池无需电力,仅需提供燃料(例如氢气),就会产生电力和热量,一直吸引着科学家和环保主义者等人。因为与内燃机相比,燃料电池的的排放量更低或为零,并且应用十分广泛,可为车辆、发电厂、建筑物等系统提供电力。

目前燃料电池最好的催化剂是六种贵金属,也被称为铂族金属。虽然高效且耐用,但这些金属由于稀有而非常昂贵。因此,科学家们正在寻找成本更低的替代品。

其中一个替代品就是铁基催化剂。铁丰富且便宜,但性能不如铂金,特别是铁缺乏承受燃料电池内部高度腐蚀性和氧化环境的耐用性。

为解决这一问题,研究小组将四个氮原子与铁结合。然后,研究人员将材料嵌入几层石墨烯中,对局部几何和化学结构进行精确的原子控制。

所得结构是一种大大改进的催化剂。研究小组如此报告该催化剂:

被认为是迄今为止生产的最有效的铁基催化剂,超过了美国能源部2025年的电流密度目标;达到接近铂族催化剂的耐久性等级。

武博士表示:“所有这一切都表明铁基催化剂具有降低燃料电池,特别是氢燃料电池成本的潜力,从而实现商业应用。研究人员还在计划后续研究以进一步改进催化剂。”

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