日前,記者從中科院過程工程研究所獲悉,該所生化工程國家重點實驗室研究員王丹團隊研發了一種sp雜化氮摻雜的石墨炔,其在催化燃料電池陰極氧還原反應(ORR)中顯示出良好的催化性能。研究成果近期發表于《自然—化學》。
燃料電池是一種把化學能轉化為電能的裝置,具有零污染、能量轉化效率高、適用范圍廣泛等優點,是最具前景的新型能源轉化裝置之一。其陰極氧還原反應(ORR)是一個動力學遲緩的過程,需要在催化劑的作用下才能輸出有效的電流密度。
王丹告訴《中國科學報》記者,傳統的ORR催化劑主要為價格昂貴的鉑類材料,開發價格低廉的非貴金屬ORR催化劑是促進燃料電池規模應用的必然選擇。
研究證實,氮摻雜碳基催化劑具有良好的ORR催化活性和穩定性,有望取代鉑類催化劑在燃料電池中的應用。而氮摻雜構型有很多不同的形式,包括吡啶氮、亞胺氮、吡咯氮、氨基氮、腈基氮、石墨氮和氧化氮等。“研究者一般認為,吡啶氮的存在創造了ORR活性位點,而其它高性能的氮摻雜構型鮮有報道。”王丹表示。
研究人員以薄層石墨炔材料為基礎,通過周環反應成功在薄層石墨炔的炔鍵上引入了新型的sp雜化氮原子,實現了氮的定點、定量摻雜。據介紹,與其它形式的氮構型相比,sp雜化氮原子的引入使得周圍碳原子帶有更多的正電荷,更有利于氧的吸附和活化,使電子更易轉移到催化劑表面,能夠顯著提高ORR催化性能。
實驗結果顯示,該材料在堿性條件下,半波電位為0.87伏,動力學電流密度每立方厘米38毫安,這一數據均優于商業鉑—碳催化劑,并表現出更好的穩定性和甲醇耐受性。在酸性條件下,該材料的活性雖略低于商業鉑—碳催化劑,但仍優于其它非金屬催化劑。
論文稱,這種氮原子可控摻雜的機理和策略為催化劑的設計提供了一種新思路,有力推動了非金屬催化劑取代鉑基催化劑的進程。
5月22日,記者從國家能源集團獲悉,由該集團低碳院承擔的“二氧化碳近零排放的煤氣化燃料電池發電系統開發”項目成果通過中國煤炭工業協會鑒定,項目研究成果達到領先水平,并建議開展更大規模的煤氣化燃料電池(......
2024年4月18日,由士研咨詢主辦、上海市汽車工程學會、江蘇省汽車工程學會協辦的“2024氫燃料電池技術創新與應用大會”在上海舉辦。本次大會圍繞“創新賦能降本增效”的核心主題,匯聚了30余位行業專家......
近日,由中海石油氣電集團技術研發中心自主研發的管式固體氧化物燃料電池測試系統順利通過技術指標考核。該系統依托國家重點研發計劃“氫能技術”專項課題,是國內首套適配管式高溫固體氧化物燃料電池的測試系統。據......
近日,由我國牽頭修訂的國際標準ISO/TR11954:2024《使用壓縮氫氣的燃料電池電動汽車動力性試驗方法》正式發布。近年來,燃料電池電動汽車因為零排放而成為各國汽車行業的發展重點,也成為國際標準化......
燃料電池指把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置,隸屬于電力工程,是目前頗受關注的發電技術之一。由于燃料電池不受卡諾循環效應(備注1)的限制,因此效率相較于傳統發電技術理論上會更高。此外,由于燃......
燃料電池指把燃料所具有的化學能直接轉換成電能的化學裝置,隸屬于電力工程,是目前頗受關注的發電技術之一。由于燃料電池不受卡諾循環效應(備注1)的限制,因此效率相較于傳統發電技術理論上會更高。此外,由于燃......
XRF用于氫燃料電池的質量控制在減少碳排放的競賽中,燃料電池技術發展迅速。鋰離子電池技術和氫燃料電池系統都能助力有關減少世界二氧化碳排放的解決方案。所有類型的燃料電池均包括三個基本組成部分:兩個電極(......
家禽產業每年約有4000萬噸廢棄雞毛被焚燒,這不僅會釋放大量二氧化碳,還會產生二氧化硫等有毒氣體。日前,瑞士蘇黎世聯邦理工學院和新加坡南洋理工大學的研究人員表示,他們正在利用雞毛使燃料電池更具成本效益......
近日,我所燃料電池研究部醇類燃料電池及復合電能源研究中心金屬燃料電池系統研究組(DNL0313組)王二東研究員團隊在水系鋅金屬電池電解液研究方面取得新進展。該團隊提出雙相電解液策略,有效抑制了鋅金屬負......
8月27日,記者從中國科學技術大學獲悉,該校高敏銳教授課題組研制出一種高抗氨毒化的鎳基堿性膜燃料電池陽極催化劑,其在陽極含10ppm氨的膜電極組裝中,能保持95%的初始峰值功率密度和88%的初始電流密......