但受制于目前铂基催化剂昂贵的成本和有限的使用寿命,燃料电池没办法被大规模应用,开发新型廉价的非贵金属催化剂,一直是燃料电池研究领域的热点和难点之一。而在浙江省自然科学基金等的资助下,近期来自温州大学的杨植博士和黄少铭教授课题组,研制出了一种较为廉价的催化剂,有望替代贵金属铂基催化剂,应用在燃料电池中。该项研究结果发表在《先进材料》杂志上。
这项研究还得到了国家自然科学基金、国家杰出青年基金、浙江省科技厅项目以及浙江省化学重中之重学科的资助。
催化剂制约燃料电池发展
据杨植博士介绍,这是一种简单的、通用的基于雾化乙醇辅助热解途径,来制备碳纳米管阵列/过渡金属氧化物(氧化锰、氧化锌、氧化镍、四氧化三铁、二氧化钛)复合材料的新方法,采用该法制备的二氧化锰/碳纳米管阵列复合材料,在碱性环境中呈现优异的氧还原电催化性能,可望作为一种替代的贵金属铂基催化剂,应用在燃料电池阴极。
要想了解这成果到底有什么意义,首先得了解一下,到底什么是燃料电池。
百度百科上解释:燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能,直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”,而是一个“发电厂”。
杨植博士则更进一步向我们介绍了燃料电池:“燃料电池,从字面上看,是由燃料和电池两个词组成的。燃料,通常是指能通过化学反应释放出能量的物质。燃料有许多种,最常见的如煤炭、天然气、乙醇等,它们的主要成分是含碳或碳氢氧化合物。而燃烧的话可以把燃料所蕴含的化学能转化成热能,然后再通过设备转化成电能,如火力发电。但是这样中间会产生很多损耗,燃料的利用率不高,而燃料电池就是直接能把化学能转化为电能。”
燃料电池高效清洁环保
相信不少人看到这可能要问一句,那燃料电池有什么优势呢?
“对燃料电池的阐述,就是燃料电池的其中一个优势——高效。”杨植博士解释,而它的另一个优势,就是清洁环保,“如果直接燃烧煤,不仅能源损耗大,还会产生粉尘等,会对环境造成一定的污染。而燃料电池不会,它的产物通常只有二氧化碳和水,所以它是一种清洁高效的能源。”
既然它是一种清洁高效的能量来源,为何“燃料电池”这几个字看着有点陌生呢?
杨植博士表示,确实市面上的燃料电池并不多,因为这种电池需要催化剂来加以运作,对催化剂的要求很高,这就是研发的难点,也是燃料电池没有大规模应用的原因之一。“就拿氢气和氧气反应的燃料电池来说,要让氢气转变成氢离子,氧气变成氢氧根,并不是一件容易的事情,目前而言,能实现这样催化效果的催化剂,主要是铂或者铂合金。但大家也都知道,铂这玩意不便宜,这也制约了燃料电池的发展。”
因此开发其他能和铂基催化剂催化效果媲美且成本又不高的材料,或许能够推动燃料电池的发展和应用。