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源http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/MSD-H-fuel-cells.html
2007年1月25日，日
氫燃料電池的研究推動 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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加州伯克利 - 氫燃料電池汽車的發展，最終在交通能源的綠色夢想，又邁進了一步。能源部下屬的勞倫斯伯克利國家實驗室的美國能源部（伯克利實驗室）和阿貢國家實驗室（ANL）的研究人員已經發現了一個熟悉的鉑鎳合金，遠遠地有史以來最活躍的氧減少催化劑報導的新變化。
陰極氧還原催化速度緩慢 - 燃料電池的正電荷的電極 - 已阻礙發展的一個主要因素，聚合物電解質膜（PEM）燃料電池，氫動力車輛使用的青睞。 “的質子交換膜燃料細胞在運輸部門的技術應用所面臨的現有限制可消除與穩定的陰極催化劑的發展與幅度在活動增加對今天的狀態的的的的的藝術催化劑的幾個訂單，就是什麼我們發現有潛力提供沃伊斯拉夫Stamenkovic，與在伯克利實驗室和阿貢國家實驗室的材料科學部的雙重任命的科學家說，“。 Stamenkovic和阿貢國家實驗室的資深科學家雷納德馬爾科維奇的科學的一項研究，其結果現在可從在線期刊的通訊 作者。題為改進對Pt的氧還原活性3鎳（111）通過增加表面站點的可用性，報告紙 ，鉑金目前使用的鎳合金，增加了一個驚人的超過90倍的鉑-碳陰極催化劑的燃料電池的陰極催化活性。 “這表面設置一個新的酒吧在質子交換膜燃料電池催化活性，並使其可行，以滿足美國能源部（DOE）的鉑金特有的無損失在電池電壓的功率密度的目標，”Stamenkovic說。 除了Stamenkovic和馬爾科維奇的科學 文件的其他作者是伯克利實驗室的菲利浦羅斯和Bongjin門，本福勒和英國利物浦大學的克里斯托弗盧卡斯，和華國鋒，南卡羅來納大學的王。
通過燃燒化學能轉化為電能，燃料電池代表也許是最高效，清潔的發電技術。直接運行氫燃料電池，它產生的副產品只有水，這是特別真實。氫動力燃料車輛使用約最受細胞的是質子交換膜燃料電池（又稱“質子交換膜燃料電池”），因為他們可以在一個相對小，重量輕，設備提供高功率。不同於電池，質子交換膜燃料電池不需要充電，但依靠氫和從大氣中獲得氧氣供應。 令人欽佩的質子交換膜燃料電池已經擔任美國國家航空航天局的空間計劃，但他們仍然過於昂貴，用於汽車或其他大部分地球的應用。最大的成本因素是鉑金，這是用來作為陰極催化劑的依賴。由一個質子交換膜燃料電池的陰極和陽極（帶負電荷的電極）的聚合物電解質膜，這是一種經過特殊處理的物質進行正電的質子和塊帶負電荷的電子兩側定位。 像其他類型的燃料電池，質子交換膜燃料電池進行兩種反應，在陽極氧化反應，在陰極氧還原反應（ORR）。PEMS，這意味著在陽極，氫分子被分裂成質子和電子對。雖然質子通過膜的傳遞，阻止電子通過導線（電流），通過一個負載，並最終到陰極，進行 。在陰極，電子與質子通過膜加氧原子通過產生水結合。來自在空氣中的分子（O 2 ）分裂成氧原子對陰極催化劑的氧（O ）。 “質子交換膜燃料電池氫為基礎的可再生能源經濟的基礎上的大規模應用，是為滿足全球能源需求的主要概念，說：”Stamenkovic。“由於質子交換膜燃料電池開採的唯一副產品是水蒸汽，其廣泛使用應該有一個巨大的有利影響，溫室氣體排放和全球變暖。” 一個挑戰是鉑金。儘管純鉑是一個非常活躍的的催化劑，它是相當昂貴的，其性能可以通過創建不必要的產品，如氫氧根離子，迅速降低。氫氧化物有一個鉑原子具有約束力的親和力，他們這樣做時，他們採取這些鉑原子催化遊戲。由於這個鉑金具約束力的繼續，陰極的催化能力削弱。因此，研究人員一直在調查相結合的鉑合金表面富集技術的使用。在這種情況下，在陰極表面鉑原子的“皮膚”覆蓋，下面是從一個組合，如鎳或鈷，鉑和非貴重金屬製成原子層。地下合金交互與皮膚的方式，增強了陰極的整體性能。
這項最新的研究，Stamenkovic和馬爾科維奇和他們的同事創建跨純鉑鎳合金單晶在超高真空（UHV）室的原子晶格結構的範圍。然後，他們使用的表面敏感的探頭和電化學技術來衡量各自的能力來執行這些晶體的ORR催化組合。然後，每個樣品的ORR活性相比，鉑單晶和鉑碳催化劑。 研究人員發現鉑鎳合金配置PT 3顯示，在陰極催化劑檢測過的最高的ORR活性鎳（111） -比純鉑單晶表面（111），10倍和90倍，比鉑金碳。（111）配置，表面皮膚是一個緊湊的鉑原子層位於鉑和鎳原子的數目相等了層的頂部。所有那些頂級兩層，下面的層組成，每鉑原子的鎳原子 。 據Stamenkovic，PT 3鎳（111）配置作為緩衝對氫氧化鈉和其他鉑結合分子，它們之間的相互作用，並與陰極表面鈍化，允許多得多的ORR活性。減少鉑約束力還能降低陰極表面的退化 。 “我們已經確定了陰極表面，是能夠達到甚至超過與催化活性的目標，改善了在燃料電池中的陰極反應的穩定性，”Stamenkovic說。“雖然鉑鎳合金本身是眾所周知的，我們能夠控制和調整，使我們做出這一發現的關鍵參數。我們的研究表明潛力的新的分析工具為表徵納米表面以微調其屬性，在所需的方向。“ Stamenkovic說，下一步，將3鎳（111）工程師模仿純鉑單晶表面的電子和形態學特性的納米催化劑。 這項研究是由美國能源部氫能源計劃部。也有人通過通用汽車公司的資金支持。 伯克利實驗室是美國能源部的能源國家實驗室位於美國加州大學伯克利分校，的。它進行非保密科學研究，是由加州大學管理。請訪問我們的網站 www.lbl.gov 其他信息沃伊斯拉夫Stamenkovic可以達到在電子郵件vrstmenkovic@lbl.gov或vrstmenkovic@anl.gov 雷納德-馬爾科維奇可以達到電子郵箱nmmarkovic@anl.gov 伯克利實驗室材料科學部的更多信息，請訪問網站http://www.lbl.gov/msd/ 雷納德馬爾科維奇研究的更多信息，請訪問他的網站 http://www.msd.anl.gov/groups/sxrs/personnel/markovic/index.html |
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