香港科技大学(HKUST)的研究人员开发了一种新型氢燃料电池,它不仅是迄今为止世界上最耐用的,而且更具成本效益,为在追求碳中和的世界的过程中更广泛地应用绿色能源铺平了道路。
氢燃料电池是一种很有前景的清洁能源选择,因为它们通过将氢和氧转化为电来发电,二氧化碳、颗粒物和其他可能导致烟雾和其他健康问题的空气污染物的排放量为零。尽管氢燃料电池具有环境效益和多年的发展,但它仍然没有被广泛商业化。它们的发电在很大程度上依赖于电催化剂鈥攚它主要由昂贵的稀有金属铂组成。
科学家们一直在努力开发替代品,用铁、氮、碳等更常见、更廉价的材料取代铂,但这些材料要么发电效率低,要么耐久性差。
现在,由香港科技大学化学与生物工程系邵敏华教授领导的一个研究小组发现了一种新的配方,不仅可以将铂的使用比例降低80%,而且在电池的耐久性水平方面也创下了纪录。
尽管铂含量很低,但该团队开发的新型混合催化剂在100000次加速应力测试后仍能将铂催化活性保持在97%,而目前的催化剂在30000次循环后的性能通常会下降50%以上。在另一项测试中,新燃料电池在运行200小时后没有表现出任何性能衰减。
这种优异性能背后的一个原因是,新催化剂具有三个不同的反应活性中心,而不是当前催化剂中的单一活性中心。使用含有原子分散的铂、铁单原子和铂-铁纳米颗粒的配方,新的混合物加快了反应速度,实现了比铂本身高3.7倍的催化活性。理论上,催化活性越高,其传递的功率越大。
邵教授,香港科技大学能源研究所所长,他说“氢燃料电池是一种能源转换装置,对于我们实现碳中和的世界的愿望至关重要。在我们应对气候变化的斗争中,有必要扩大氢燃料电池的使用。我们很高兴看到我们的研究成果使这一目标更进一步。多亏了政府的绿色技术基金,我们将寻求进一步改进催化剂,使其与燃料电池兼容车辆和其他电化学装置。"
研究结果发表在《自然催化》杂志上。