随着全球向可再生能源的转变势头强劲,出现了一个关键挑战:如何在太阳能和风能不可用的时期有效储存能源。通过合作研究实现的氢燃料电池技术突破,通过用银替代催化剂中的铂金属,大幅降低了成本,标志着向经济实惠、高效的绿色能源存储迈出了重要一步。
0F sz b9[;qqq@' 得益于能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学和丰田研究院(TRI)的基础研究,氢燃料电池这一领先的竞争者刚刚获得了巨大的推动,斯坦福大学和以色列理工学院合作开发出一种燃料电池装置,该研究最近已转化为实践。
_*6nTSL ZA zn-n SLAC和斯坦福大学联合SUNCAT界面科学与催化中心的副科学家Michaela Burke Stevens表示:“氢燃料电池在能量存储和转换方面确实具有巨大的潜力,它可以使用氢作为汽油等的替代燃料,但食用燃料电池仍然相当昂贵。”
blph&[`}I -,Cx|Nl 伯克·史蒂文斯(Burke Stevens)表示,问题在于燃料电池通常依赖于含有昂贵铂族金属(PGM)的催化剂,以促进化学反应,从而使系统正常工作。这促使伯克·史蒂文斯和她的同事寻找使催化剂更便宜的方法,但对燃料电池的化学成分进行如此根本性的改变是一项艰巨的挑战:科学家经常发现在他们的小型实验室设置中起作用的催化剂并不奏效。
}6.R.*Imz oC>e'_6_b 这一次,研究人员通过用更便宜的替代品白银部分替代铂族金属来平衡成本。但真正的关键是简化将催化剂添加到电池电极上的化学配方。
}kI-UEn$EP |\2zw _o 沉积在多孔碳电极上的银钯薄膜的插图,研究人员认为这可以使氢燃料电池的制造更容易、成本更低。图片来源:JoséZamora Zeledόn、John Douglin和Michaela Burke Stevens
Oi&.pY:X- !>-cMI6E 科学家通常将催化剂混合到液体中,然后将其铺展到网状电极上,但这些催化剂配方在不同的实验室环境中使用不同的工具并不总是以相同的方式发挥作用,这使得将工作转化为现实世界的应用变得困难。“湿化学工艺对于实验室条件而言并不是特别有弹性,”SUNCAT总监Tom Jaramillo说道,正是该公司使此次合作成为可能。
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N `h_,I R< 为了解决这个问题,SLAC团队使用真空室来更受控地将新催化剂沉积到电极上。“这种高真空工具是一种‘所见即所得’类型的方法,”Jaramillo说。“只要你的系统校准得好,原则上人们就可以很容易地重现它。”
]K0<DO9 G!k&'{2 为了确保其他人能够复制他们的方法并将其直接应用于全尺寸燃料电池,该团队与以色列理工学院的专家合作,他们证明了该方法在实际的燃料电池中有效。
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