氢燃料电池,就像见于一些“绿色”汽车的那种,都很有前途,可用作一种替代燃料源,但是,要使它们大规模实用,就需要有更高的效率和成本效益。
中佛罗里达大学(University of Central Florida)的研究小组发现了一种方法,可以克服这两个障碍。
大部分氢燃料电池都使用催化剂,这些催化剂的制备是采用昂贵的稀有金属,就是铂(platinum)。很少有替代材料,因为大多数元素不能承受燃料电池的高酸性溶剂,这些溶剂会出现于反应中,把氢的化学能转换成电能。只有四个元素可以抵御这种腐蚀过程,就是铂,铱(iridium),黄金(gold)和钯(palladium)。前两个是稀有和昂贵的,不适于大规模使用。其他两个又不能很好地适应化学反应。
中佛罗里达大学谢尔盖·斯托尔波夫(Sergey Stolbov)教授和博士后研究助理马力索尔·阿尔坎塔拉·奥提高扎(Marisol Alcántara Ortigoza)集中努力,使黄金和钯更适合反应。
他们创造了一种类似三明治的结构,分层放置更便宜更丰富的元素,以及黄金和钯等元素,这样可以使它更有效。
外面的单原子层(夹层的上层),要么是钯金,要么是黄金。它下面的一层可以提高能源转换率,但也可保护催化剂,隔开酸性环境。这两层放置在底部的夹层片上,底部夹层是一种廉价的基质,就是钨,它也有一种作用,就是稳定催化剂。
“我们非常受鼓舞,我们的最初研究表明,可以创造两种成本低而且高度活跃的钯和黄金催化剂,用于氢燃料电池,这是一种清洁的可再生能源,”斯托尔波夫说。
斯托尔波夫的研究发表在1月24日的《物理化学快报杂志》(The Journal of Physical Chemistry Letters)上,题为《合理设计有竞争力的电催化剂用于氢燃料电池》(Rational Design of Competitive Electrocatalysts for Hydrogen Fuel Cells)。
文章中说,创造了这些结构,就可以转换更多的能量,而且因为不使用昂贵的稀有金属,所以,成本就会显着降低。
斯托尔波夫说,需要实验验证他们的预测,但他说,这些方法是相当可靠的。他已联合美国能源部的一个研究小组,要确定这些结果是否可以复制,是否有可能进行大规模应用。
如果可以找到一种方法,使氢燃料电池可以实际使用,而且具有成本效益,那么,车辆行驶烧汽油而且破坏臭氧层,这就会成为历史了。
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