新型纳米线提高了燃料电池的效率

2019-04-13 11:12:26
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燃料电池被认为是解决未来能源需求的更清洁的解决方案,可用于汽车和计算机等各种应用。

但燃料电池尚未普及的一个原因是缺乏耐力。随着时间的推移,即使在当今最先进的燃料电池中使用的催化剂也会破坏,从而抑制将燃料转化为电能的化学反应。此外,目前的技术依赖于涂有催化剂的小颗粒; 然而,颗粒的有限表面积意味着在任何给定时间只有一小部分催化剂可用。

现在,耶鲁大学工程与应用科学学院的工程师团队使用由新材料制成的纳米线创建了一种新的燃料电池催化剂系统,与当今的技术相比,该系统可将长期性能提高2.4倍。他们的研究结果出现在4月份ACS Nano杂志的封面上。

耶鲁大学的工程师Jan Schroers和AndréTaylor开发了一种微型纳米线,这种纳米线由一种创新的金属合金制成,称为块状金属玻璃(BMG),具有高表面积,从而暴露出更多的催化剂。它们还比传统的燃料电池催化剂系统保持更长的活性。

目前的燃料电池技术使用炭黑,一种廉价的导电碳材料,作为铂颗粒的载体。碳输送电力,而铂是驱动电力生产的催化剂。燃料暴露的铂颗粒越多,产生的电量就越多。然而,炭黑是多孔的,因此内部孔内的铂可能不会暴露。炭黑也会随着时间的推移而腐蚀。

“为了生产更高效的燃料电池,你想增加催化剂的活性表面积,你希望你的催化剂能够持久,”泰勒说。

在13纳米的尺度上(约为人类头发宽度的1 / 10,000),Schroers和Taylor开发的BMG纳米线比炭黑粒子小约三倍。与炭黑相比,纳米线的长而薄的形状使其每质量具有更多的活性表面积。此外,耶鲁团队并没有将铂颗粒粘在支撑材料上,而是将铂金纳入纳米线合金本身,确保它随着时间的推移继续与燃料发生反应。

这是纳米线独特的化学成分,可以使用热压方法将它们塑造成这样的小棒,Schroers说,他开发了其他BMG合金,也可以吹塑成复杂的形状。BMG纳米线还比炭黑和碳纳米管更好地导电,并且加工成本更低。

到目前为止,泰勒已经测试了他们的醇基燃料电池催化剂系统(包括那些使用乙醇和甲醇作为燃料来源的燃料电池),但他们表示该系统可以用于其他类型的燃料电池,并且有朝一日可用于便携式电子笔记本电脑和手机以及远程传感器等设备。

“这是一种可用作电催化剂的新型材料的引入,”泰勒说。“这是使燃料电池具有商业可行性,并最终补充或更换电子设备中的电池的真正一步。”

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