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登《Nature》正刊!中国科大攻克氢能源汽车应用关键难题
发布时间:2019-01-31 13:48   浏览次数:0

中国科学技术大学路军岭教授、韦世强教授、杨金龙教授等课题组密切合作,研制出一种新型催化剂,攻克了新能源汽车——氢燃料电池汽车推广应用的关键难题:解除氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机,延长电池寿命,拓宽电池使用温度环境,在寒冬也能正常启动。该研究使氢能源汽车有望民用推广,成果1月31日发表在国际权威学术期刊《自然》。

氢气被认为是未来最有前途的清洁能源之一。氢燃料电池利用氢和氧的化学反应释放的化学能转化为电能,无需燃烧,具有高能量转换效率和零排放,是未来新能源清洁动力汽车的主要发展方向之一。但氢燃料电池的发展面临许多挑战,其中一个关键难题是燃料电池铂电极的一氧化碳“中毒”问题。目前,氢主要来源于甲醇和天然气等碳氢化合物的蒸汽重整和水煤气变换反应,由此产生的氢通常含有0.5%至2%的一氧化碳。作为氢燃料电池汽车的“心脏”,燃料电池铂电极容易被一氧化碳杂质气体“毒害”,导致电池性能下降和寿命缩短,严重阻碍氢燃料电池汽车的推广。

学术界比较看好的车载氢气净化法,是将特定催化剂放置在燃料电池的入口处,在氢气进入燃料电池之前,使氢气中的一氧化碳杂质气体优先和氧气发生反应,从而避免一氧化碳杂质气体进入电池毒化电极。然而,现有的催化剂只能在高于室温和极窄的温度范围内工作,使得氢燃料电池汽车无法在频繁冷启动期间得到有效保护,很难步入实用。

中国科大合肥微尺度物质科学国家研究中心路军岭教授团队设计了一种原子级分散于铂表面的氢氧化铁新型催化剂,该催化剂能够在198-380开尔文(约合-75℃至107℃)的温度范围内100%选择性地高效去除氢燃料中的微量一氧化碳。因此,该新型催化材料可以为氢燃料电池在频繁冷启动(即使在约零下75℃的极寒条件下)和连续运行期间提供全时保护,避免氢燃料电池受一氧化碳中毒。


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Fe1(OH)x-Pt单位点界面新型催化剂结构模型示意图。这里蓝色、黄色、红色、白色小球分别代表铂、铁、氧和氢原子, 暗黄色的大球代表催化剂载体。


“这些发现可能会大大加速氢燃料电池汽车时代的到来。”路军岭说,我们的最终目标是开发一种廉价的且具有高活性、高选择性的一氧化碳优先氧化催化剂,既可以提供机载燃料电池的全时保护,也可以为工厂高纯氢气制备提供有效手段。

一位审稿人评论说:“与文献报道的其它催化剂体系相比,这种倒置型单原子催化剂在富氢氛围一氧化碳优先氧化反应中的活性、选择性和稳定性均表现最佳。”


(来源:中国科大新闻网)