科学家新开发石墨烯基材料可用于更高效更持久的燃料电池

为了使氢燃料电池成为未来可行能源,材料科学家必须找到将这项技术与石墨烯相结合的方法。到目前为止,有几个障碍阻碍了这种结合,但新研究可能会改变这种情况。科学家新开发石墨烯基材料可用于更高效更持久的燃料电池。

世界目前面临着巨大的能源困境;随着对能源和燃料的需求不断增长,我们越来越意识到这些需求对环境造成的破坏,这就产生了对高效清洁燃料的巨大需求。

科学家开始研究氢燃料电池,石墨烯是关键组件。发表在《纳米尺度》(Nanoscale)杂志上的一项研究有望解决迄今阻碍这种清洁、无毒、可再生技术发展的一些障碍,从而开启了氢燃料电池作为一项潜在的清洁能源突破。

目前,美国能源部估计,氢燃料电池产生的能源成本约为61美元/千瓦。最终目标是将其降低到每千瓦30美元。论文中提出的石墨烯涂层纳米颗粒生产规模的扩大,可能对这一探索有显著帮助。

该团队的发现还可以扩展到燃料电池领域之外,使其成为一些令人兴奋的技术应用。

解决阻碍石墨烯氢燃料电池发展问题

氢燃料电池是一种将化学能转化为电能的方法,它的副产品只有一种——水。因此,具有清洁、可再生,而且无毒的特性。这种燃料电池依靠所谓的高分子电解质膜(PEM)起作用-一种可以同时允许质子传导,分离气体并使燃料电池的电极电绝缘的屏障。 

在构建这种膜材料中,被称为电极支撑材料,石墨烯处于领先地位。这种神奇的材料具有耐腐蚀、高导电性和大表面积。考虑到这一点,石墨烯和燃料电池的结合简直是天作之合:石墨烯对酸性条件的高耐受性,以及难以置信的轻质特性。

但是,在广泛采用石墨烯氢燃料电池技术的道路上仍然存在一些主要问题。石墨烯电极可能会由于纳米颗粒的不均匀覆盖而产生高缺陷浓度,这两种情况都会对性能产生负面影响。在电池生命周期中,这个问题只会变得更糟,纳米颗粒会从石墨烯中剥离。

还有另一个相当重要的问题;要使这种燃料电池成为能源市场上的一支重要力量,石墨烯的生产很难“扩大”到所需的工业水平。这意味着,尽管石墨烯相对丰富且容易从石墨中提取,但燃料电池的制造成本是一大问题。

Gyen Ming Angel是伦敦大学学院化学工程系电化学创新实验室的一员,他和他的同事们合作完成这项研究,解决了一些问题。

可伸缩性和稳定性

该团队提出的解决方案包括创造涂有多层石墨烯的铂纳米粒子。研究小组认为,这些粒子具有最佳的尺寸,可以均匀地分散在一个表面上。通过这种方法,它们可以被用于覆盖电极,这样效率下降几乎完全消除。

这导致高催化活性,石墨烯的耐用性在30,000个充电/充电循环的工作寿命内提供了出色的稳定性。 

该团队的研究首次在低缺陷的石墨烯载体上生长出均匀尺寸的铂纳米颗粒。该团队认为,他们所使用的方法,与所谓的“金属-氨”法合成带电荷的石墨烯分散体相结合,使他们的技术具有可扩展性。

很有希望的是,在目前进行的测试中,它们的进步似乎与高度优化的商业铂/碳催化剂的性能和机理相匹配,同时实际上具有出色的稳定性。

让这种合成方法特别令人兴奋的是,该团队相信它可以将不同的金属分散到石墨烯结构中。这些不同的金属带来了适应各种不同应用的可能性。这将不仅仅局限于燃料电池和催化剂系统,还将扩展到传感器和超级电容器等设备。

新开发的石墨烯基材料可用于更持久的燃料电池

上一篇:

下一篇:


标签