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据外媒报道,德国慕尼黑工业大学(TUM,Technical University of Munich)的一个跨学科研究小组制造出了用于燃料电池催化过程的铂纳米颗粒,该新型催化剂的尺寸得到了优化,与目前已实现工业化的最佳工艺制成的铂颗粒相比,其性能增加了一倍。
燃料电池能够替代电池,成为电动汽车的动力来源。燃料电池消耗可再生的氢气(如利用风力发电厂的剩余电力就可生产氢气),但是,用在燃料电池中的铂非常稀少且特别昂贵,限制了燃料电池的大规模应用。
而德国慕尼黑工业大学的一个研究小组现在优化了铂颗粒的尺寸,与目前商业化工艺生产的颗粒相比,其性能要高出一倍。该研究小组由无机和有机金属化学教授Roland Fischer、物理能量装换与存储系Aliaksandr Bandarenka以及纳米系统能量转换模拟教授Alessio Gagliardi牵头。
一个铂“蛋”(颗粒)只有一纳米大小
在燃料电池中,氢与氧反应产生水,在此过程中产生电力。为了优化此类转换,电极上需要使用催化剂,而铂在氧还原反应中就发挥核心作用。
为找到理想的解决方案,该研究小组创造了整个系统的计算机模型。核心问题是:铂原子簇的尺寸可以达到多小,同时又能够让其具备高度活性的催化功能?Fischer教授表示:“事实证明,铂颗粒具备一定的最佳尺寸。” 大约1纳米、包含大约40个铂原子的铂颗粒是最理想的。Bandarenka表示:“这种大小的铂催化剂虽然体积小,但是具有大量的高活性点。”
催化剂研究中心(CRC)的跨学科合作是该研究小组得到研究成果的重要因素,结合建模理论、合作讨论以及从实验中获得的物理化学知识,最终让研究人员们制造出一个模型,展示了如何根据理想形状、尺寸以及燃料电池中成分分布大小情况设计催化剂。此外,CRC还具备创建和实验测试此种铂纳米催化剂的专业知识。
效果是最好的催化剂的两倍
实验证实了研究人员的理论预测。Garlyyev表示:“我们制出的催化剂效果是目前市场上最好的催化剂的两倍”但是,由于目前铂的含量只减少了50%,仍不足以实现商业化应用,必须减少80%。
除了此种球状铂纳米颗粒,研究人员还希望研究形状更复杂、但是催化活性更高的铂纳米颗粒。而计算机模型是建模的理想选择,但是andarenka表示:“更复杂的形状需要更复杂的合成方法。”
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近日,中国科学技术大学梁海伟教授课题组使用原位X射线衍射技术研究了金属间化合物(IMCs)催化剂在高温下的形成机制,理解了相变温度依赖的结构演变过程,并通过拆分合金化和有序化步骤,实现了高度有序铂基合金催化剂的制备。所制得的催化剂展现出优异的低铂燃料电池性能。该研究成果以“Phasediagra
11月19日,欧亚合成发布公告称该公司拟向全资子公司上海欧亚合成材料科技有限公司增资人民币950.00万元。此次增资主要致力于解决国内氢燃料电池行业中其氢气转化为氢离子过程中所需昂贵的催化剂载体问题。
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催化剂作为燃料电池电堆的核心材料,其综合性能与国产化直接关系到我国燃料电池技术的核心竞争力及其产业化前景。
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6月29日,华昌化工发布关于对外投资设立氢燃料电池催化剂联营企业及签订相关协议的公告,称将与南京大学合作共建介观催化联合实验室,设立氢燃料电池催化剂联营企业。
今年以来,燃料电池核心材料之一的催化剂原材料铂金属价格上涨,幅度高达30%。有不少业内人士担心铂金属价格高幅上涨,会让原本价格偏高的燃料电池“雪上加霜”,拖累示范运营推广进度。事实会否如此?
巴斯夫近日宣布扩大其位于美国南卡罗来纳州塞内卡的铂族贵金属(PGM)精炼装置规模。公司将增加上千万资金(美元)投入,以提高精炼产能,回收机动车排放催化剂等报废催化剂中的贵金属。与矿产金属相比,回收金属可减少多达90%的二氧化碳排放量。巴斯夫通过回收贵金属并重新用于制造全新的催化剂,以循环经济解决方案实现了闭环生产。
优美科与英美资源宣布达成研发合作协议,开发基于铂族金属的催化剂,主要用于燃料电池电动汽车(FCEVs)和其它移动应用的液态有机氢载体(LOHC)。这种催化剂技术有可能改变氢气的储存方式以及给燃料电池车提供能量的方式。
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