韓國研發單原子鉑催化劑 可讓燃料電池在700攝氏度高溫下工作
時間:2020-11-06 09:48來源:蓋世汽車 作者:余秋云
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（圖片來源：KIST）
與需要充電的二次電池不同，燃料電池是一種環保型發電系統，采用氫氣作燃料，氧氣作氧化劑，通過電化學反應直接發電。燃料電池的種類繁多，工作溫度和電解質材料也不盡相同。采用陶瓷電解質制成的固體氧化物燃料電池（SOFC）正受到越來越多的關注，因為其能夠在700攝氏度左右的高溫下工作，也是在所有類型的燃料電池中效率最高的電池，還能夠通過蒸汽分解產生氫氣。為了實現該技術的商業化，需要進一步提升電池性能，研究人員將希望寄托在新型高溫催化劑材料上。
鉑催化劑在燃料電池電極反應中表現出優異的性能，單原子鉑催化劑因具獨特性能而備受關注。不過，在高溫下，鉑原子不穩定，容易結塊。因此，單原子鉑催化劑僅可用于低溫燃料電池，如用于氫動力汽車的聚合物電解質膜燃料電池。
據外媒報道，韓國國家科學技術研究院（KIST）能源材料研究中心的研究人員與漢陽大學研究人員合作研發出一種單原子鉑催化劑，只需少量鉑就可顯著改善性能，而且可在高溫下穩定運行。
在研究中，整個鉑原子均勻分布，可單獨發揮作用，即使在高溫下也不會聚集在一起。實驗表明，該催化劑可以使電極反應速率提高10倍以上，還可以在高達700攝氏度的高溫下工作500小時以上，并將發電和制氫性能提高3至4倍，有望加速固體氧化物燃料電池（SOFC）的商業化。
該研究小組通過將鉑原子與鈰（Ce）氧化物納米顆粒結合制成了單原子催化劑。每個鉑原子都單獨分散在氧化鈰納米顆粒表面，強大的化學鍵使鉑原子即使在高溫下，也能在很長一段時間內保持分散狀態，還能讓所有鉑原子參與反應。這反過來又可以讓其可以大幅度提高電極反應的速率，同時將鉑的使用量減至最少。
（圖片來源：KIST）
在制造過程中，先將一種含有鉑和鈰離子的溶液注入到SOFC 的電極中，并在燃料電池在高溫下工作時合成催化劑。由于不需要任何特殊設備就可輕易將催化劑注入到電極中，因此，新研發的催化劑可以很容易地應用到現有的燃料電池制造過程中。
研究人員表示：“該研究所研發的催化劑采用簡單的低成本工藝，可應用于各種固體氧化物燃料電池和高溫電化學設備，有望加速研發新一代環保發電和能源存儲設備。由于該單原子催化劑可以在700攝氏度及以上的高溫下溫度工作，其應用范圍也得到大大擴展，包括可用于高溫熱化學反應和高溫電化學反應。”
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