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浦項(xiàng)科技大學(xué)開(kāi)發(fā)出選擇性催化劑 可抑制汽車(chē)燃料電池腐蝕
時(shí)間:2023-05-16 09:35來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:劉麗婷
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火車(chē)沒(méi)有汽車(chē)中的閃爍轉(zhuǎn)向信號(hào)桿。與汽車(chē)不同，火車(chē)沒(méi)有配備用于左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)的手動(dòng)手柄，而是采用開(kāi)關(guān)點(diǎn)機(jī)制控制，該機(jī)制允許在所需方向上進(jìn)行受控行駛。這種操作模式可以比作催化劑的功能，用于氫動(dòng)力汽車(chē)的燃料電池，以選擇性地觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)并阻止腐蝕。
據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)（POSTECH）Yong-Tae Kim教授（隸屬于材料科學(xué)與工程系和黑色金屬與能源材料技術(shù)研究所）和博士生Sang-Hoon You（材料科學(xué)與工程系）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)發(fā)出選擇性催化劑，可抑制用于氫動(dòng)力汽車(chē)中燃料電池的腐蝕。通過(guò)調(diào)整氫氧化反應(yīng)以匹配燃料電池中的氫濃度，該團(tuán)隊(duì)能夠阻止燃料電池的腐蝕。相關(guān)研究已發(fā)表于期刊《ACS Energy Letters》。
圖片來(lái)源：浦項(xiàng)科技大學(xué)
燃料電池容易受到許多因素的影響，從而降低耐用性。因素之一是降解，特別是在陰極催化劑中，因?yàn)檫@種催化劑通常會(huì)暴露在汽車(chē)的啟動(dòng)和關(guān)閉操作中。此外，汽車(chē)燃料電池本質(zhì)上也會(huì)經(jīng)歷啟動(dòng)和關(guān)閉的重復(fù)循環(huán)。在車(chē)輛正常運(yùn)行期間，燃料電池持續(xù)供應(yīng)高濃度氫氣，但當(dāng)汽車(chē)關(guān)閉或啟動(dòng)時(shí)，氫氣濃度會(huì)暫時(shí)下降。因此，當(dāng)外部空氣與燃料電池內(nèi)的氫氣混合時(shí)，會(huì)觸發(fā)陽(yáng)極中意外的氧還原反應(yīng)，導(dǎo)致陰極突然出現(xiàn)電位跳躍和碳腐蝕。
該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出新催化劑（Pt/TiO2），包括沉積在二氧化鈦（TiO2）上的鉑（Pt），可有效阻止氫動(dòng)力汽車(chē)中燃料電池的腐蝕。這種電催化劑的性能來(lái)自于二氧化鈦和鉑之間的強(qiáng)大相互作用，以及氫溢出改變材料表面電導(dǎo)率以響應(yīng)其附近氫濃度的能力。
當(dāng)車(chē)輛突然停止或啟動(dòng)時(shí)，燃料中的氫濃度會(huì)相應(yīng)降低。由于氫濃度降低，二氧化鈦會(huì)膨脹到鉑上，導(dǎo)致鉑被埋在催化劑表面下方。而由于二氧化鈦具有低導(dǎo)電性，這種由二氧化鈦膨脹引起的鉑掩埋最終將催化劑轉(zhuǎn)化為絕緣體。但這種絕緣效應(yīng)會(huì)阻礙催化劑的導(dǎo)電能力，從而防止了不必要的氧氣還原，因?yàn)檠鯕膺�原可能導(dǎo)致陰極突然出現(xiàn)電位跳躍。
相反，在標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛運(yùn)行期間，車(chē)內(nèi)的氫氣濃度仍然很高。在如此高的氫濃度條件下，高導(dǎo)電性的鉑會(huì)暴露在催化劑表面，且二氧化鈦發(fā)生還原反應(yīng)，促進(jìn)氫在催化劑表面的遷移。這種稱(chēng)為氫溢出的現(xiàn)象增強(qiáng)了電流并增加了氫氧化反應(yīng)。
研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了仿真測(cè)試，以比較新開(kāi)發(fā)的催化劑和傳統(tǒng)催化劑。測(cè)試結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)燃料電池，使用Pt/TiO2催化劑的燃料電池的耐用性提高了三倍。這表明通過(guò)使用選擇性氧還原反應(yīng)和基于氫濃度的氫氧化反應(yīng)，該團(tuán)隊(duì)成功地提高了燃料電池的耐久性。
如果這項(xiàng)研究有助于克服氫動(dòng)力汽車(chē)燃料電池面臨的現(xiàn)有耐久性挑戰(zhàn)，那么該新材料可能會(huì)提升韓國(guó)氫燃料汽車(chē)在下一代移動(dòng)出行行業(yè)中的地位。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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