美國UCR研發(fā)新型PEM燃料電池催化劑材料 可將氫化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

摘要

UCR研究人員利用靜電紡絲技術(shù)，制造出含有金屬離子（鈷、鐵或鎳）的碳納米纖維紙薄片。在加熱時，離子形成超細金屬納米顆粒，其催化碳轉(zhuǎn)化為高性能石墨碳。

美國加州大學(xué)河濱分校(UCR)研發(fā)團隊研發(fā)出一種經(jīng)濟、高效的聚合物電解質(zhì)膜(Polymer Electrolyte Membrane，PEM)燃料電池催化劑材料，該燃料電池將氫化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，是汽車和電子產(chǎn)品中最有前途的燃料電池類型之一。

最常見燃料電池的關(guān)鍵部件是由貴金屬鉑制成的催化劑,因此其昂貴的生產(chǎn)成本限制了燃料電池的大規(guī)模使用。UCR開發(fā)的催化劑由嵌入化合物的多孔碳納米纖維制成，所述化合物包含相對豐富的金屬，比如鈷，其成本比鉑少100倍以上。

目前，燃料電池已被一些汽車制造商采用，并提供了優(yōu)于傳統(tǒng)燃料技術(shù)的優(yōu)勢，包括效率高、噪音低和排放量低等，氫燃料電池排放物是水。在氫燃料電池中，當(dāng)氫燃料被注入電池陽極時，催化劑將氫分子分離成被稱為質(zhì)子的正電荷粒子和帶負電粒子。電子在重新加入帶正電的氫離子和氧形成水之前被引導(dǎo)通過外部電路，并在此進行有用的工作，例如給電動機供電。

此外，UCR研究人員利用靜電紡絲(electrospinning)技術(shù)，制造出含有金屬離子(鈷、鐵或鎳)的碳納米纖維紙薄片。在加熱時，離子形成超細金屬納米顆粒，其催化碳轉(zhuǎn)化為高性能石墨碳。隨后，金屬納米顆粒和殘余的非石墨碳被氧化，導(dǎo)致高度多孔且有用的金屬氧化物納米顆粒網(wǎng)絡(luò)分散在石墨的多孔網(wǎng)絡(luò)中。

這項研究由美國加州大學(xué)河濱分校伯恩斯工程學(xué)院教授DavidKisailus領(lǐng)導(dǎo)。同時，Kisailus和其團隊正在與斯坦福大學(xué)的科學(xué)家合作，以確認新材料的性能與行業(yè)標準鉑-碳體系一樣好，且其成本相對較低。

Kisailus表示，該納米復(fù)合催化材料的另一優(yōu)勢在于其石墨纖維材質(zhì)，提供了額外的強度和耐久性，使其既能用作燃料電池催化劑，又能夠用作結(jié)構(gòu)部件。制造高性能車輛的一項重要挑戰(zhàn)是在不影響安全或性能的情況下，減輕車身重量及電池或燃料電池的額外重量。我們制造的材料將化學(xué)和纖維加工條件相結(jié)合，可能使汽車制造商能夠?qū)l(fā)動機罩或底盤等結(jié)構(gòu)部件轉(zhuǎn)化為有助于為車輛提供動力的功能元件。