UCR 研发出经济高效的聚合物电解质膜燃料电池催化剂材料

UCR 研发出经济高效的聚合物电解质膜燃料电池催化剂材料

加州大学河滨分校（UCR）的研究团队开发出一种经济高效的聚合物电解质膜（PEM）燃料电池催化剂材料，该电池可以将氢的化学能转化为电能，是汽车和电子产品领域最有前途的燃料电池类型之一。

最常见的燃料电池的关键部件是贵金属铂制成的催化剂，其高昂的生产成本限制了燃料电池的大规模使用。UCR开发的催化剂由多孔碳纳米纤维制成，其中嵌入了一种含有相对丰富金属（如钴）的化合物，其成本比铂低100多倍。

一些汽车制造商已经采用燃料电池，燃料电池比传统燃料技术具有诸多优势，包括效率高、噪音低和排放低，而后者的排放物就是水。在氢燃料电池中，当氢燃料被注入电池的阳极时，催化剂会将氢分子分离成带正电的粒子（称为质子）和带负电的粒子。电子通过外部电路，然后与带正电的氢离子和氧气重新结合形成水，然后它们可以做有用的工作，例如为电动机提供动力。

此外，加州大学河滨分校的研究人员利用静电纺丝 (ES) 技术制造出含有金属离子（钴、铁或镍）的碳纳米纤维纸片。加热后，这些离子会形成超细金属纳米颗粒，催化碳转化为高性能石墨碳。随后，金属纳米颗粒和残留的非石墨碳被氧化，形成高度多孔且有用的金属氧化物纳米颗粒网络，分散在石墨的多孔网络中。

这项研究由加州大学河滨分校伯恩斯工程学院的卡罗琳·伯恩斯教授领导，他的团队正在与斯坦福大学的科学家合作，以确认新材料的性能与行业标准铂碳系统一样好，但成本相对较低。

纳米复合催化剂材料的另一个优点是它由石墨纤维制成，可提供额外的强度和耐用性，使其既可用作燃料电池催化剂，又可用作结构部件。制造高性能汽车的一个重要挑战是在不损害安全性或性能的情况下减轻车身重量和电池或燃料电池的额外重量。我们创造的材料结合了化学和纤维加工条件，这可能使汽车制造商能够将引擎盖或底盘等结构部件转变为有助于为车辆提供动力的功能元件。