氫燃料電池是一種高效、清潔的新能源，但價格高昂成為限制其應(yīng)用的重要瓶頸。近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)梁海偉教授與林岳博士、北京航空航天大學(xué)水江瀾教授等合作，發(fā)明了一種高溫“硫固體膠”合成法，研制出一系列高性能鉑合金催化劑，有望大幅降低氫燃料電池成本推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》10月22日發(fā)表了該成果。
氫燃料電池的工作原理是氫氣和氧氣分別在電池的陽極和陰極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，過程中需大量使用鉑基催化劑。鉑又名白金，是一種貴金屬，使得氫燃料電池的造價非常昂貴。發(fā)展高活性催化劑、減少鉑使用量，是氫燃料電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵性問題。
梁海偉教授聯(lián)合團(tuán)隊通過高溫“硫固體膠”合成法，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，防止納米顆粒在高溫下尺寸變大，成功制備出46種鉑合金催化劑。他們研究發(fā)現(xiàn)，鉑合金催化活性與其表面應(yīng)力存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，通過減少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。
他們從合成的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)到了世界先進(jìn)水平。其中的鉑鈷合金催化劑，只需使用約十分之一的鉑，就可以實現(xiàn)與商業(yè)鉑碳催化劑效果相當(dāng)?shù)臍淙剂想姵匦阅堋?
《科學(xué)》雜志審稿人認(rèn)為，這項研究展示的金屬間化合物納米顆粒對催化應(yīng)用至關(guān)重要，“作者向我們展示了系列二元和多元鉑基金屬間化合物的尺寸控制合成，令人印象深刻?！?
據(jù)悉，梁海偉教授聯(lián)合團(tuán)隊研發(fā)這項新技術(shù)歷時5年多?！般K約占?xì)淙剂想姵?0%的成本，我們的目標(biāo)是通過減少鉑使用量，大幅降低電池價格。”梁海偉說，新技術(shù)方案為實現(xiàn)目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)，但實用化還面臨一系列挑戰(zhàn)，目前他們已與企業(yè)合作推進(jìn)后續(xù)開發(fā)。
