研究人员开发燃料电池制造新工艺 可以降低成本

   据外媒报道,宾夕法尼亚州立大学领导的研究团队研究了一种有前景的方法,可以降低燃料电池的成本。通过复制计算机芯片制造工艺,新方法可以减少电池中铂族金属(PGM)的使用量。
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(图片来源:宾夕法尼亚州立大学)
       据悉,新工艺可以降低大规模生产质子交换膜燃料电池的成本。这种电池可用于为重型车辆提供电力,从而减少温室气体排放。
       新工艺利用自组装嵌段共聚物模板(在纳米级层面形成有序图案的结构)来创建高表面积载体。该工艺通常称为嵌段共聚物光刻(block copolymer lithography),是一种自下而上的光刻图案化工艺,用于在大面积上制作特征尺寸为6-40纳米的密集型图案。该团队制作出具有小周期特征尺寸的密集高表面积载体,然后在载体基板上喷射了一层薄薄的PGM。
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       研究人员Christopher Arges表示:“这是首次采用这种技术来制造PGM含量极低的电极。在高表面积碳载体上,新型非合金化电催化剂表现出与最先进的铂纳米颗粒相当的性能,同时更加耐用。”
       燃料电池电动汽车是更常见的锂离子电池电动汽车的替代选项之一。Arges表示:“当使用锂离子电池的车辆专门用于运输货物和乘客时,例如飞机、公共汽车、轮船、火车和大型卡车,其性能表现不佳,因为没有时间等待充电。此外,当车辆较大且行驶距离很远时,燃料电池电动汽车可以提供高能量密度。”
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       在重型车辆中,由于燃料电池的能量密度更大,能够在有限的空间或重量内存储更多的能量,因此可以提高效率,实现更长的续航里程。此外,燃料电池电动汽车使用氢气,不会产生排放或污染物。
       Arges表示:“燃料电池不是将氢气与空气中的氧气燃烧,而是在一个电极上与氢气发生电化学反应,并在另一个电极上与氧气发生另一种反应。在氧电极处,反应后的氢气中的质子与氧气结合。反应的电子通过电池向外移动,从而为电机提供动力,唯一的副产品是水。此外,如果通过可再生能源进行水电解制氢,则可以实现具有零碳排放的绿色氢。”
       燃料电池电动汽车可以实现零排放和更高的能量密度。但是,目前加氢基础设施不足是限制其发展的一个因素。Arges表示,该团队的新型扩展表面电催化剂,有潜力用于绿色水电解制氢的其他电化学过程。“现在,研究人员致力于将这一工艺整合到制造膜电极组件中,以用于燃料电池发电厂和水电解槽。”