氫燃料電池是一種高效、清潔得新能源，但價(jià)格高昂成為限制其應(yīng)用得重要瓶頸。近期，華夏科學(xué)技術(shù)大學(xué)梁海偉教授與林岳博士、北京航空航天大學(xué)水江瀾教授等合作，發(fā)明了一種高溫“硫固體膠”合成法，研制出一系列高性能鉑合金催化劑，有望大幅降低氫燃料電池成本推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化。國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》10月22日發(fā)表了該成果。
氫燃料電池得工作原理是氫氣和氧氣分別在電池得陽(yáng)極和陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，過(guò)程中需大量使用鉑基催化劑。鉑又名白金，是一種貴金屬，使得氫燃料電池得造價(jià)非常昂貴。發(fā)展高活性催化劑、減少鉑使用量，是氫燃料電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化得關(guān)鍵性問(wèn)題。
梁海偉教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過(guò)高溫“硫固體膠”合成法，利用硫原子與鉑原子之間強(qiáng)烈得相互作用，如固體膠般將鉑基合金納米顆粒在高溫下“粘”在碳載體上，防止納米顆粒在高溫下尺寸變大，成功制備出46種鉑合金催化劑。他們研究發(fā)現(xiàn)，鉑合金催化活性與其表面應(yīng)力存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，通過(guò)減少鉑合金催化劑得晶格參數(shù)增大壓縮應(yīng)變，有望將催化性能進(jìn)一步推向峰值。
他們從合成得46種催化劑“家族”中篩選出數(shù)種高活性催化劑，使得氫燃料電池性能達(dá)到了世界先進(jìn)水平。其中得鉑鈷合金催化劑，只需使用約十分之一得鉑，就可以實(shí)現(xiàn)與商業(yè)鉑碳催化劑效果相當(dāng)?shù)脷淙剂想姵匦阅堋?/p>
梁海偉教授（左）與團(tuán)隊(duì)成員測(cè)試氫燃料電池膜電極。發(fā)（錢建豪攝）
《科學(xué)》雜志審稿人認(rèn)為，這項(xiàng)研究展示得金屬間化合物納米顆粒對(duì)催化應(yīng)用至關(guān)重要，“向我們展示了系列二元和多元鉑基金屬間化合物得尺寸控制合成，令人印象深刻。”
據(jù)悉，梁海偉教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研發(fā)這項(xiàng)新技術(shù)歷時(shí)5年多?！般K約占?xì)淙剂想姵?0%得成本，我們得目標(biāo)是通過(guò)減少鉑使用量，大幅降低電池價(jià)格。”梁海偉說(shuō)，新技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，但實(shí)用化還面臨一系列挑戰(zhàn)，目前他們已與企業(yè)合作推進(jìn)后續(xù)開發(fā)。
