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SCIENCESOURCE
新型燃料电池无需昂贵的贵金属催化剂就能高效发电。传统的氢燃料电池作为清洁、高效的能源在汽车和其他应用领域有着巨大的前景，但它们依赖贵金属催化剂，这会推高成本。现在，科学家们创造了一种无需贵金属的氢燃料电池，它具有创纪录的高性能和耐用性，催化剂成本几乎可以忽略不计。氢是宇宙中最常见的元素，长期以来一直被吹捧为化石燃料的清洁、丰富的能源替代品，或者至少是可再生能源的充足储存介质，用于火车、飞机和卡车等大型机械的便携式运行。当氢与燃料电池中的氧反应生成电能时，结果不是像化石燃料那样产生污染物，而是水。标准的氢燃料电池依靠酸性化学物质和铂等贵金属制成的催化剂来驱动氢和氧之间的反应，从而产生电能。相比之下，碱性聚合物电解质燃料电池依赖碱性化学品，可以使用富含地球的金属作为催化剂，从而消除对贵金属的需求。然而，与传统燃料电池相比，后一种燃料电池在性能和耐久性方面仍然存在不足。现在，科学家已经开发出一种无贵金属的碱性聚合物电解质燃料电池，其峰值功率密度达到每平方厘米毫瓦，是之前同类电池的五倍多。CORNELLUNIVERSITY/PNAS
这种新设备依赖于一种由固体镍核制成的催化剂，其外壳由掺氮碳制成，厚度为2纳米。这种催化剂位于阳极上，氢在阳极上被氧化或失去电子，并与阴极上的钴锰催化剂配对，氧在阴极上被还原或获得电子。新阳极催化剂上的碳层有助于提高氢的氧化速率，而这些碳层中的氮可以作为促进氧化的场所，从而提高燃料电池的性能。此外，阳极催化剂的外壳防止镍氧化形成氧化镍，氧化镍可以显著减缓氢氧化，并导致催化剂变质。新的催化剂也被证明比铂更能耐受一氧化碳——氢气的商业化生产通常会产生微量的一氧化碳，因此对一氧化碳的高耐受性是氢燃料电池实际应用的关键。科学家们发现他们的新燃料电池可以稳定运行多小时。相比之下，另一种使用镍纳米颗粒的无贵金属燃料电池在5小时内基本即停止运行。科学家们确实注意到，在酸性条件下使用贵金属催化剂的传统燃料电池每平方厘米的输出功率约为1.2至1.5瓦，这个数字大约是新型燃料电池的5至7倍。不过，“我们必须记住，酸性燃料电池已经开发了几十年，而碱性燃料电池还不到10年，”该研究的合著者、纽约伊萨卡康奈尔大学的电化学教授HéctorAbru?a说，“我们相信，通过进一步的开发和优化，我们可以在两到三年内达到每平方厘米1瓦，这将是一个重大的突破。”Abru?a表示，未来的研究可能会通过改进装置内的支撑膜来提高燃料电池的耐用性。“虽然这些结果非常有希望，但在这些设备能够广泛部署之前，还有大量工作要做，”他同时指出。科学家们在3月21日的《美国国家科学院院刊》线上详细介绍了他们的发现。文章来源：IEEE电气电子工程师
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