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荷蘭中日新研究人員合作 制成活性高20倍的鎳鉑合金空心納米催化劑

   日期:2019-12-31     來源:蓋世汽車    評論:0       [ 進入汽車材料社區 ] [ 汽車材料館 ]
核心提示:據外媒報道,催化劑可以加速化學反應,但是廣泛用于催化劑的金屬鉑不僅非常稀有,還非常昂貴。
   【中國汽車材料網】據外媒報道,催化劑可以加速化學反應,但是廣泛用于催化劑的金屬鉑不僅非常稀有,還非常昂貴。因此,荷蘭埃因霍溫理工大學(Eindhoven University of Technology,TU/e)的研究人員與中國、新加坡和日本的研究人員合作,研發出一種活性高20倍的替代品:一種由鎳和鉑合金制成的空心納米催化劑。埃因霍溫理工大學研究人員Emiel Hensen希望未來利用該新催化劑研發一個大約10兆瓦、冰箱大小的電解槽。
  
  到2050年,荷蘭政府希望利用太陽能或風能等可持續能源,滿足荷蘭全國的能源需求。因為此類能源不是在任何時候都可使用,因此是否能夠存儲此類可再生能源非常重要。由于電池能量密度低,并不適合用于存儲大量能量。更好的解決辦法是利用化學鍵,氫就是最好的氣體化學鍵。利用水,電解槽會將(過量)電能轉化為可存儲的氫。燃料電池則相反,會將存儲的氫轉化為電能,不過,此兩種技術都需要催化劑來推動。
  
  由于具備高活性,催化劑可幫助進行轉化,而且大多由鉑構成。不過,鉑金屬非常昂貴,且相對稀缺,如果想要大規模利用電解槽和燃料電池,就會是一個障礙。TU/e催化學教授Emiel Hensen表示:“因此,中國的研究人員研發了一種鉑鎳合金,此種合金可以降低催化劑的成本,且增加活性。”有效催化劑的活性高,就可每秒將更多的水分子轉化成氫。
  
  在燃料電池中成功進行了測試
  
  除了選用其他金屬,研究人員還能夠對形態做出重大改變。催化劑中的原子必須與水和/或氧分子鍵合,才能夠將其進行轉化。因此,鍵合點越多,活性就會越高。Hensen表示:“必須創造盡可能大的金屬表面積,所研發的中空納米材料才能夠既從內部進入,又從外部進入,創造出最大的表面積,讓更多材料可以同時發生反應。”此外,Hensen還利用量子化學技術證明了納米材料的比表面結構進一步增加了催化劑的活性。
  
  在Hensen的模型中進行計算之后,發現與目前鉑催化劑的活性相比,鉑鎳合金支持的催化劑的活性高出20倍。研究人員還在燃料電池實驗中發現了同一結果,“很多對基礎研究的批評都是說此種研究是在實驗室中完成的,當被應用于真正的設備時,往往無效。不過,我們已經證明此種新型催化劑有實際的應用價值。”
  
  催化劑必須具備穩定性使其能夠在氫動力汽車或房屋中工作數年,因而,研究人員在燃料電池中對該催化劑進行了5萬次循環測試,發現其活性幾乎沒有下降。
  
  此種新型催化劑的應用范圍非常廣,既可以用于燃料電池,也可以用于電解槽中的逆反應。例如,燃料電池可以用于氫動力汽車,而有些醫院也已經采用氫燃料電池為應急發電機供電。而電解槽可用于海上風電場,甚至可以用于風力渦輪機。運輸氫氣比運輸電力的成本低得多。
  
  Hensen的夢想更大,他表示:“我希望我們能夠在每一個街區安裝該電解槽,該冰箱大小的設備在白天,可以從附近屋頂上的太陽能板上將所有能量以氫氣的形式存儲起來。未來,地下的天然氣管道可以輸送氫氣,家用集中供熱鍋爐將被燃料電池所取代,而燃料電池可將存儲的氫氣轉化成電能,就可以充分地利用太陽能了。”
  
  不過為了實現這一點,還需要大力發展電解槽。與其他TU/e研究人員以及Brabant地區的工業伙伴一起,Hensen參與了埃因霍溫理工大學能源研究所的工作,目標是將現有商用電解槽變成一個冰箱大小的電解槽,容量為10兆瓦。
 
標簽: 催化劑 電池
 
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