2020年9月11日
车辆由聚合物电解质膜燃料电池(pemfc)是节能和环保,但尽管PEMFC-powered运输增加公共利益,当前性能的材料在燃料电池中使用限制了他们广泛的商业化。欧洲杯足球竞彩
科学家在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室领导一个调查组在质子交换膜燃料电池的反应,和他们的发现告诉创造技术,可以使燃料电池更近一步实现他们的完全市场潜力。
我们执行这些研究——从单晶薄膜,纳米粒子,这给我们展示了如何合成铂催化剂增加耐用性。欧洲杯猜球平台
皮特爸爸洛佩斯、阿贡的材料科学部门的科学家欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
质子交换膜燃料电池依靠氢作为燃料,是细胞的氧化阳极侧通过氢氧化反应,而空气中的氧气用于氧气还原反应在阴极(ORR)。通过这些过程,燃料电池发电功率电机在汽车和其他应用程序中,排放水作为唯一的副产品。
以铂为基础,纳米级的粒子是最有效的促进反应的材料在燃料电欧洲杯猜球平台池,包括阴极的奥尔。欧洲杯足球竞彩然而,除了他们的高成本、铂纳米粒子受到逐渐退化,特别是在阴极,这限制了催化性能和降低燃料电池的生命周期。欧洲杯猜球平台
研究小组,其中包括美国能源部橡树岭国家实验室和几个大学的合作伙伴,用一个新颖的方法来检查铂的溶解过程在原子和分子水平上。调查使他们能够识别在阴极奥尔降解机制,和见解指导的设计使用黄金的nanocatalyst消除铂解散。
“铂的溶解发生在原子和分子尺度暴露在高度腐蚀性环境中燃料电池,”说沃伊斯拉夫·Stamenkovic资深科学家和能源转换和存储组的组长阿贡的材料科学部门(MSD)。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球”这种材料降解影响燃料电池的长期业务,提供燃料电池运输实现的障碍,特别是在重型应用,如长途卡车。”
开始小
科学家们使用各种定制的描述工具调查定义良好的铂的溶解在单晶表面结构,薄膜和纳米颗粒。欧洲杯猜球平台
“我们已经开发出功能观察流程在原子尺度理解机制负责解散并确定的条件发生时,“科学家皮特爸爸Lopes说阿贡的MSD和这项研究的第一作者。“然后我们实现这种知识转化为材料设计减轻解散,增加耐用性。”
团队研究了溶解在基本层面的本质使用surface-specific工具,电化学方法、电感耦合等离子体质谱法,计算建模和原子力,扫描隧道显微镜和高分辨率传播。
此外,科学家依靠高精度的合成方法来创建结构具有定义良好的物理和化学特性,确保结构和稳定性之间的关系从研究发现2 d表面进行到3 d他们生产的纳米颗粒。欧洲杯猜球平台
“我们进行这些研究——从单一晶体,薄膜,纳米粒子,这给我们展示了如何合成铂催化剂增加耐用性,”欧洲杯猜球平台洛佩斯说,“通过观察这些不同的材料,我们还发现了策略使用保护铂金黄金。”欧洲杯足球竞彩
冲金
随着科学家发现了解散的基本性质通过观察其发生在几个实验场景中,该团队使用的知识减轻解散的黄金。
研究人员使用透射电子显微镜功能阿尔贡中心的纳米材料和纳米材料科学中心的橡树岭国家实验室——美国能源部科学办公室用户设施——形象铂纳米粒子合成后,之前和之后的操作。欧洲杯足球竞彩欧洲杯猜球平台欧洲杯线上买球这种技术允许科学家们比较稳定的纳米粒子有或没有注册的黄金。欧洲杯猜球平台
研究小组发现的黄金位置控制核心促进铂的安排在一个最佳的表面结构,稳定性高。此外,黄金是选择性地沉积在表面保护特定的网站团队解散认定为特别脆弱。这种策略消除了解散铂从即使是最小的纳米粒子用于本研究通过保持铂原子连接到网站,他们仍然可以有效地促进奥尔。欧洲杯猜球平台
原子水平的理解
在原子层面上理解背后的机制解体发现铂损失之间的关系是至关重要的,表面结构和铂纳米粒子的大小和比例,并确定这些关系如何影响长期操作。欧洲杯猜球平台
“小说的一部分的研究是解决机制和完全缓解铂解散通过材料设计在不同的尺度上,单晶、薄膜、纳米颗粒”欧洲杯猜球平台Stamenkovic说。“这是我们获得的见解与纳米材料的设计和合成,地址在燃料电池耐久性问题,以及能力描述和量化解散铂催化剂从其他进程导致燃料电池性能衰减”。
团队还在开发一个预测老龄化算法评估使用的长期耐久性的铂纳米粒子相比,发现30倍提高耐久性没有黄金纳米颗粒。欧洲杯猜球平台
这项研究的一篇论文,题为“消除溶解铂electrocatalysts原子尺度,“7月20日发表在吗自然材料欧洲杯足球竞彩。
支持的研究在阿贡执行科学的办公室,办公室基本能源科学、材料科学与工程部门和办公室的能源效率和可再生能源,氢和燃料电池技术办公室。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
合作机构包括约翰•霍普金斯大学在塞尔维亚贝尔格莱德大学,威斯康星大学麦迪逊分校,日本同志社大学,德雷塞尔大学和橡树岭国家实验室。
来源:http://www.anl.gov/