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浦項科技大學(xué)開發(fā)出選擇性催化劑 可抑制汽車燃料電池腐蝕

時間:2023-05-16 09:35來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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       火車沒有汽車中的閃爍轉(zhuǎn)向信號桿。與汽車不同，火車沒有配備用于左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)的手動手柄，而是采用開關(guān)點機制控制，該機制允許在所需方向上進行受控行駛。這種操作模式可以比作催化劑的功能，用于氫動力汽車的燃料電池，以選擇性地觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)并阻止腐蝕。
 
       據(jù)外媒報道，韓國浦項科技大學(xué)（POSTECH）Yong-Tae Kim教授（隸屬于材料科學(xué)與工程系和黑色金屬與能源材料技術(shù)研究所）和博士生Sang-Hoon You（材料科學(xué)與工程系）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出選擇性催化劑，可抑制用于氫動力汽車中燃料電池的腐蝕。通過調(diào)整氫氧化反應(yīng)以匹配燃料電池中的氫濃度，該團隊能夠阻止燃料電池的腐蝕。相關(guān)研究已發(fā)表于期刊《ACS Energy Letters》。
圖片來源：浦項科技大學(xué)
 
       燃料電池容易受到許多因素的影響，從而降低耐用性。因素之一是降解，特別是在陰極催化劑中，因為這種催化劑通常會暴露在汽車的啟動和關(guān)閉操作中。此外，汽車燃料電池本質(zhì)上也會經(jīng)歷啟動和關(guān)閉的重復(fù)循環(huán)。在車輛正常運行期間，燃料電池持續(xù)供應(yīng)高濃度氫氣，但當(dāng)汽車關(guān)閉或啟動時，氫氣濃度會暫時下降。因此，當(dāng)外部空氣與燃料電池內(nèi)的氫氣混合時，會觸發(fā)陽極中意外的氧還原反應(yīng)，導(dǎo)致陰極突然出現(xiàn)電位跳躍和碳腐蝕。
 
       該研究團隊設(shè)計出新催化劑（Pt/TiO2），包括沉積在二氧化鈦（TiO2）上的鉑（Pt），可有效阻止氫動力汽車中燃料電池的腐蝕。這種電催化劑的性能來自于二氧化鈦和鉑之間的強大相互作用，以及氫溢出改變材料表面電導(dǎo)率以響應(yīng)其附近氫濃度的能力。
 
       當(dāng)車輛突然停止或啟動時，燃料中的氫濃度會相應(yīng)降低。由于氫濃度降低，二氧化鈦會膨脹到鉑上，導(dǎo)致鉑被埋在催化劑表面下方。而由于二氧化鈦具有低導(dǎo)電性，這種由二氧化鈦膨脹引起的鉑掩埋最終將催化劑轉(zhuǎn)化為絕緣體。但這種絕緣效應(yīng)會阻礙催化劑的導(dǎo)電能力，從而防止了不必要的氧氣還原，因為氧氣還原可能導(dǎo)致陰極突然出現(xiàn)電位跳躍。
 
       相反，在標(biāo)準(zhǔn)車輛運行期間，車內(nèi)的氫氣濃度仍然很高。在如此高的氫濃度條件下，高導(dǎo)電性的鉑會暴露在催化劑表面，且二氧化鈦發(fā)生還原反應(yīng)，促進氫在催化劑表面的遷移。這種稱為氫溢出的現(xiàn)象增強了電流并增加了氫氧化反應(yīng)。
 
       研究團隊還進行了仿真測試，以比較新開發(fā)的催化劑和傳統(tǒng)催化劑。測試結(jié)果表明，相對于傳統(tǒng)燃料電池，使用Pt/TiO2催化劑的燃料電池的耐用性提高了三倍。這表明通過使用選擇性氧還原反應(yīng)和基于氫濃度的氫氧化反應(yīng)，該團隊成功地提高了燃料電池的耐久性。
 
       如果這項研究有助于克服氫動力汽車燃料電池面臨的現(xiàn)有耐久性挑戰(zhàn)，那么該新材料可能會提升韓國氫燃料汽車在下一代移動出行行業(yè)中的地位。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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