氫燃料電池推廣應(yīng)用關(guān)鍵難題
來源：寶鄂實業(yè)
2019-02-23 15:18
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記者從中國科大獲悉，該校路軍嶺教授、韋世強教授、楊金龍教授等課題組密切合作,研制出一種新型催化劑,攻克了新能源汽車——氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用的關(guān)鍵難題：解除氫燃料電池一氧化碳“中毒休克”危機，延長電池壽命，拓寬電池使用溫度環(huán)境，在寒冬也能正常啟動。該研究使氫能源汽車有望民用推廣，成果1月31日在線表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》。
氫氣被認(rèn)為是未來最有前途的清潔能源之一。氫燃料電池利用氫和氧的化學(xué)反應(yīng)釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，無需燃燒，具有高能量轉(zhuǎn)換效率和零排放，是未來新能源清潔動力汽車的主要發(fā)展方向之一。但氫燃料電池的發(fā)展面臨許多挑戰(zhàn)，其中一個關(guān)鍵難題是燃料電池鉑電極的一氧化碳“中毒”問題。當(dāng)下，氫主要來源于甲醇和天然氣等碳?xì)浠衔锏恼羝卣退簹庾儞Q反應(yīng)，由此產(chǎn)生的氫通常含有0.5％至2％的一氧化碳。作為氫燃料電池汽車的“心臟”，燃料電池鉑電極容易被一氧化碳雜質(zhì)氣體“毒害”，導(dǎo)致電池性能下降和壽命縮短，嚴(yán)重阻礙氫燃料電池汽車的推廣。
學(xué)術(shù)界比較看好的車載氫氣凈化法，是將特定催化劑放置在燃料電池的入口處，在氫氣進入燃料電池之前，使氫氣中的一氧化碳雜質(zhì)氣體優(yōu)先和氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而避免一氧化碳雜質(zhì)氣體進入電池毒化電極。然而，現(xiàn)有的催化劑只能在高于室溫和極窄的溫度范圍內(nèi)工作，使得氫燃料電池汽車無法在頻繁冷啟動期間得到有效保護，很難步入實用。
中國科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心路軍嶺教授團隊設(shè)計了一種原子級分散于鉑表面的氫氧化鐵新型催化劑，該催化劑能夠在198-380開爾文（約合-75℃至107℃）的溫度范圍內(nèi)100%選擇性地高效去除氫燃料中的微量一氧化碳。因此，該新型催化材料可以為氫燃料電池在頻繁冷啟動（即使在約零下75℃的極寒條件下）和連續(xù)運行期間提供全時保護，避免氫燃料電池受一氧化碳中毒。
“這些發(fā)現(xiàn)可能會大大加速氫燃料電池汽車時代的到來。”路軍嶺說，我們的最終目標(biāo)是開發(fā)一種廉價的且具有高活性、高選擇性的一氧化碳優(yōu)先氧化催化劑，既可以提供機載燃料電池的全時保護，也可以為工廠高純氫氣制備提供有效手段。
一位審稿人評論說：“與文獻報道的其它催化劑體系相比，這種倒置型單原子催化劑在富氫氛圍一氧化碳優(yōu)先氧化反應(yīng)中的活性、選擇性和穩(wěn)定性均表現(xiàn)最佳。”
氫氣被認(rèn)為是未來最有前途的清潔能源之一。氫燃料電池利用氫和氧的化學(xué)反應(yīng)釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，無需燃燒，具有高能量轉(zhuǎn)換效率和零排放，是未來新能源清潔動力汽車的主要發(fā)展方向之一。但氫燃料電池的發(fā)展面臨許多挑戰(zhàn)，其中一個關(guān)鍵難題是燃料電池鉑電極的一氧化碳“中毒”問題。當(dāng)下，氫主要來源于甲醇和天然氣等碳?xì)浠衔锏恼羝卣退簹庾儞Q反應(yīng)，由此產(chǎn)生的氫通常含有0.5％至2％的一氧化碳。作為氫燃料電池汽車的“心臟”，燃料電池鉑電極容易被一氧化碳雜質(zhì)氣體“毒害”，導(dǎo)致電池性能下降和壽命縮短，嚴(yán)重阻礙氫燃料電池汽車的推廣。
學(xué)術(shù)界比較看好的車載氫氣凈化法，是將特定催化劑放置在燃料電池的入口處，在氫氣進入燃料電池之前，使氫氣中的一氧化碳雜質(zhì)氣體優(yōu)先和氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而避免一氧化碳雜質(zhì)氣體進入電池毒化電極。然而，現(xiàn)有的催化劑只能在高于室溫和極窄的溫度范圍內(nèi)工作，使得氫燃料電池汽車無法在頻繁冷啟動期間得到有效保護，很難步入實用。
中國科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心路軍嶺教授團隊設(shè)計了一種原子級分散于鉑表面的氫氧化鐵新型催化劑，該催化劑能夠在198-380開爾文（約合-75℃至107℃）的溫度范圍內(nèi)100%選擇性地高效去除氫燃料中的微量一氧化碳。因此，該新型催化材料可以為氫燃料電池在頻繁冷啟動（即使在約零下75℃的極寒條件下）和連續(xù)運行期間提供全時保護，避免氫燃料電池受一氧化碳中毒。
“這些發(fā)現(xiàn)可能會大大加速氫燃料電池汽車時代的到來。”路軍嶺說，我們的最終目標(biāo)是開發(fā)一種廉價的且具有高活性、高選擇性的一氧化碳優(yōu)先氧化催化劑，既可以提供機載燃料電池的全時保護，也可以為工廠高純氫氣制備提供有效手段。
一位審稿人評論說：“與文獻報道的其它催化劑體系相比，這種倒置型單原子催化劑在富氫氛圍一氧化碳優(yōu)先氧化反應(yīng)中的活性、選擇性和穩(wěn)定性均表現(xiàn)最佳。”
