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新型催化剂让氢能汽车加快驶来

  中化新网讯 中国科学技术大学科研人员研制的一种新型催化剂攻克了氢燃料电池汽车(氢能汽车)推广应用的关键难题,使氢燃料电池汽车即使在寒冬也能正常启动。该催化剂解除了氢燃料电池一氧化碳“中毒休克”危机,延长了电池寿命,拓宽了电池使用温度环境,该研究成果日前在线发表在国际权威学术期刊《自然》上。

  该新型催化剂由中国科学技术大学教授路军岭、韦世强和杨金龙等课题组合作开发。该联合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-75℃~107℃温度条件下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-75℃的极寒条件下)和连续运行期间提供全时保护,避免氢燃料电池一氧化碳中毒。

  “这一成果可能会大大加速氢燃料电池汽车时代的到来。”路军岭介绍说,“我们的最终目标是开发一种廉价的,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。”

  有专家表示,与文献报道的其他催化剂体系相比,这种倒置型单原子催化剂在富氢氛围下,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。

  氢燃料电池利用氢和氧化学反应释放的化学能转化为电能,无须燃烧,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。当下,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%~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。

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