有效降低氢燃料电池成本？新型镍基催化剂研究有了重大进展
氢燃料电池生产成本总是居高不下？其中一个重要原因是：铂催化剂成本太高。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种典型的新兴清洁能源转换技术，然而它需要大量使用Pt催化剂、全氟膜和耐酸电堆硬件，导致成本高。
氢氧化物交换膜燃料电池(HEMFC) 因为可以在碱性介质中使用成本较低的催化剂、膜和电堆硬件，是PEMFC的一种具有成本效益的替代品，但并不是当今氢燃料电池车的商业首选。开发HEMFC的一个重要目标是消除对铂族金属(PGM)的需求。迄今为止，用于阴极氧还原反应（ORR）的无铂催化剂的性能可与PGM对应物相媲美，并出现了高导电和稳定的氢氧化物交换膜。然而，在阳极缺乏活性无铂催化剂（用于氢氧化反应HOR），这成为HEMFC发展的主要障碍。
点击文末“阅读原文”可跳转原文
Ni, W., Wang, T., Héroguel, F. et al. Nat. Mater. (2022).近日，来自洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的胡喜乐教授与特拉华大学的严玉山教授报道了一种镍基氢氧化反应催化剂Ni-H2-NH3，团队在390℃的混合气体（H2/NH3/N2）中，热解镍基的金属有机骨架，得到催化剂Ni-H2-NH3，该催化剂比活性达到了70μA/cm2，在所有无铂催化剂中排名第一，此前，报道的最好的镍催化剂还不到40μA/cm2。该催化剂包含嵌入氮掺杂碳载体中的Ni纳米颗粒。
相关研究成果以题为“ An efficient nickel hydrogen oxidation catalyst for hydroxide exchange membrane fuel cells”发表在最新一期《Nature Materials》上。
根据X射线和紫外光电子能谱以及H2化学吸附数据，Ni纳米粒子和载体之间的电子相互作用导致平衡的氢和氢氧化物结合能，这可能是该催化剂高活性的来源。采用这种镍基氢氧化反应催化剂的无铂HEMFC的峰值功率密度为488mW cm-2，比之前性能最佳的类似HEMFC高出6.4倍（图2b）。美国能源部（DOE）设立的目标就是——2030年电池峰值功率密度达到600mW cm2，终极目标是超过1000mW cm2。这项工作的数据非常接近这个目标距离。
此外，团队还用铂ORR催化剂组装了MEA，并测量了它们的性能。当使用0.2mg cm-2 Pt/C作为阴极和O2作为阴极气体进料时，燃料电池在0.65V时提供628mW cm-2的PPD（图2c）和780mA cm-2的电流密度。这种性能超过了所有先前报道的具有镍阳极的燃料电池，甚至可以与一些最近报道的具有非铂PGM阳极的燃料电池相媲美（图2d）。这项工作证明了高效的无铂HEMFC的可行性。
研究还证明，在95℃的温度下，0.7V恒定电压，该电池在40小时后电流密度仅仅只下降了7%，证明这款新型镍催化剂在高温和强电流下，化学稳定性非常好。
氢燃料电池催化剂扼住能量转化的咽喉。对于氢能源汽车来说，成本的关键在于氢燃料电池，而氢燃料电池的关键则在催化剂。催化剂所产生的效率和成本能让氢燃料电池变得更加多样，电池的多样性将会催生氢能源汽车在不同领域持续长效的发展。
推
荐
阅
读
1、新型制氢工艺登上《Science》，利用质子陶瓷电化学反应器实现提氢效率>99%
2、馈电氢耗0.65kg/100km！中国首款量产氢电车型长安深蓝C385发布
3、现代氢能汽车NEXO中国版获牌照，续航达596公里4、2022年一季度氢燃料电池装机功率同比增47.16％，亿华通市占率稳居行业第一5、输氢能力10000Nm3/h！中石油玉门油田绿氢项目最新进展6、【干货】碳中和目标下电解水制氢关键技术及价格平准化分析7、30万吨绿氢需求!全球首个碳中和氢能冶金化工综合示范项目正式签约
8、燃料电池汽车加氢装置防爆技术规范即将发布！你参与了吗？
编辑：戴戴联系邮箱：daixinxin@acmi.org.cn
添加管理员微信（微信号：ranliaodianchijun），加入氢燃料电池行业微信交流群
【免责声明】1、鉴于本平台发布稿件来源广泛、数量较多，如因作者联系方式不详或其它原因未能与著作权拥有者取得联系，著作权人发现本平台转载了其拥有著作权的作品时，请主动与本平台联系， 提供相关证明材料，本平台将及时处理；2、本平台文章转载目的在于传递更多信息，并不代表本平台赞同其观点和对其真实性负责；3、如其他媒体、网站或个人转载使用，需保留本平台注明的“稿件来源”，并自负法律责任；4、对免责声明的解释、修改及更新权均属于全球氢能所有。
【版权声明】图文转载于网络，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如有异议，请联系我们进行删除。