走進(jìn)科晶
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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)官微）
發(fā)布時(shí)間：2021-10-22
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)梁海偉教授與我校林岳博士、北京航空航天大學(xué)水江瀾教授等合作，發(fā)展了一種高溫“硫固體膠”的合成方法，成功研發(fā)出一系列高性能鉑基氫燃料電池催化劑，這一催化劑“家族”對(duì)于降低氫燃料電池成本，推動(dòng)其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。該成果10月22日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)》雜志上。
梁海偉教授與團(tuán)隊(duì)成員測(cè)試燃料電池膜電極
氫燃料電池的當(dāng)前困境
氫燃料電池是一種高效、清潔、無碳的發(fā)電裝置，其工作原理是氫氣和空氣中的氧氣分別在電池的陽極和陰極發(fā)生氫氧化和氧還原兩個(gè)電化學(xué)反應(yīng)，從而高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。然而，氫燃料電池陰極需要使用大量鉑基催化劑來催化氧還原反應(yīng)。鉑是一種貴金屬，這就使得氫燃料電池的造價(jià)非常昂貴。發(fā)展高活性催化劑、減少鉑使用量，是氫燃料電池大規(guī)模商業(yè)化的關(guān)鍵所在。
燃料電池內(nèi)部
“高溫固體膠”合成技術(shù)
梁海偉教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過高溫“硫固體膠”的合成方法，利用硫原子與鉑原子之間強(qiáng)烈的相互作用，如固體膠般將鉑基合金納米顆粒在高溫下“粘”在碳載體上，有效防止了納米顆粒在高溫下尺寸變大，成功制備了46種鉑基合金（金屬間化合物）燃料電池催化劑。
基于構(gòu)建的龐大催化劑“家族”，他們研究發(fā)現(xiàn)鉑基合金催化活性與其表面應(yīng)力存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)性：在很寬的壓縮應(yīng)變范圍內(nèi)，其氧還原活性隨著壓縮應(yīng)變的增加呈現(xiàn)單調(diào)上升趨勢(shì)。該現(xiàn)象不同于經(jīng)典理論預(yù)測(cè)的火山關(guān)系趨勢(shì)。基于該發(fā)現(xiàn)，他們預(yù)測(cè)若能通過減小鉑合金催化劑的晶格參數(shù)增大壓縮應(yīng)變，有望將催化性能進(jìn)一步推向峰值。
研究人員從合成的46種催化劑“家族”中篩選出數(shù)種高活性催化劑，使得氫燃料電池性能達(dá)到了目前世界先進(jìn)水平。和商業(yè)鉑碳催化劑相比，他們所合成的鉑鎳合金催化劑的活性高5倍以上，但鉑的使用量只有商業(yè)鉑碳催化劑的十分之一時(shí)，他們所合成的鉑鈷合金催化劑表現(xiàn)出與商業(yè)鉑碳催化劑相當(dāng)?shù)娜剂想姵匦阅堋?br/>
梁海偉教授團(tuán)隊(duì)成員在燒制催化劑樣品
在梁海偉教授團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室中，出現(xiàn)了科晶的管式爐：
上圖中的設(shè)備型號(hào)：OTF-1200X-S
部分參數(shù)：·最高溫度: 1200℃（≤30min） 工作溫度: 1100℃ ·推薦升溫速率:≤10℃/min
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