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新催化剂有助于将燃料电池和电池组合成一个设备

导读一个既可以从水中产生燃料又可以产生氧化剂,并且当开关被翻转时,将燃料和氧气转化为电和水的单一设备,对于陆地、太空和应用具有许多好处

一个既可以从水中产生燃料又可以产生氧化剂,并且当开关被翻转时,将燃料和氧气转化为电和水的单一设备,对于陆地、太空和应用具有许多好处。从对环境的低影响到高能量密度,开发高效的单元化再生燃料电池(或称为 URFC)多年来一直是研究人员的目标。

但要真正做到高效,URFC 需要双功能催化剂。这意味着,在电解槽模式下,催化剂应促进水分解成氢气和氧气,而在燃料电池模式下,促进它们重新结合成水。现在,在 Roma B. & Raymond H. Wittcoff 杰出大学教授 Vijay Ramani 的实验室工作,一组研究人员发现了一种出色的氧电极双功能催化剂。

他们的工作发表在《美国国家科学院院刊》上。

“与氢电极不同,铂是一种有效的双功能催化剂,由于氧还原和氧析出的动力学缓慢,因此为氧电极确定合适的催化剂非常具有挑战性,”目前在英特尔工作的 Pralay Gayen 说。是圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院拉马尼实验室的博士后研究助理,并担任该论文的第一作者。

Ramani 实验室的博士后研究员 Sulay Saha 和 Gayen 的研究以第一原则为指导——在前往实验室测试潜在催化剂之前考虑到不同物质的基本特性。

该团队与前本科研究员和合著者刘新全一起,最终确定并开发了 Pt-Pyrochlore,这是一种铂和钌酸铅烧绿石的复合材料,具有很高的双功能。

“双功能指数”是催化剂促进反应正向和反向的能力的量度。“我们希望该指数较低,”工程博士生 Kritika Sharma 说。“零,理想情况下。”这种新催化剂的双功能指数为 0.56 伏——与报道的其他催化剂相比非常低。在实验室开发的 URFC 设备中使用时,该催化剂实现了 75% 的往返能效 (RTE),这是此类 URFC 中报告的最高往返效率。

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