登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
电动汽车已穿梭在大街小巷,燃料电池车还会远吗?实现这样的场景,燃料电池是关键。
然而,除生产成本过高外,燃料电池的能量转换效率因阴极氧还原反应缓慢而受到制约。因此,研究并开发替代贵金属催化剂、提高电催化剂活性成为燃料电池发展的重要研究课题之一。
中国科学技术大学国家同步辐射实验室副研究员刘庆华团队在相关研究中取得进展,不仅开发出一种替代贵金属催化剂,且其活性高出贵金属催化剂2~10倍。相关成果近日在线发表于《自然—能源》。
寻找替代贵金属
燃料电池不只在汽车工业的应用前景广阔,还可用在能源发电、家用电源、航空航天等领域。
作为一种可直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置,燃料电池具有能量转换效率高、零排放或低排放等优点。“有望成为人类社会清洁高效能源利用的主要形式。”刘庆华告诉《中国科学报》。
然而,目前燃料电池的能量转换效率主要受限于电池阴极缓慢的氧反应的动力学过程。
在燃料电池中,铂(Pt)是最优的阴极氧还原反应催化剂,但其储量少、价格昂贵,是导致燃料电池生产成本较高的主要原因;而且铂作为催化剂的化学稳定性较弱,催化耐久性不足。刘庆华表示,因此“急需开发高活性、高稳定性、低成本的氧关联催化材料”。
相比于铂,铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)等3d过渡金属材料在地球的储量丰富,价格便宜,并且具有高催化活性的潜力,研究人员一直梦想着激活这类3d过渡金属材料的活性,替代昂贵的贵金属催化剂。
但面临的挑战是,如何有效地将这些过渡金属原子连接,改变它们的电子结构并激活活性。
刘庆华等科研人员注意到,金属有机框架化合物这类材料可以通过有机连接剂将金属原子整齐地排列起来。“一是宏观上金属原子以单个原子的形式存在,极大地增加了金属原子的利用率;二是中间的有机连接剂为通过外力手段调控提供了可能。”刘庆华说。
借助同步辐射光源
电催化反应过程中,能有效参与反应的位于催化材料—电解质溶液的固—液反应界面上的活性位点不足,加之催化电极表面所吸附反应前驱物和反应中间产物的浓度极低,给实时探测带来很大的困难。
不过,高亮度的先进同步辐射光源为研究这一问题提供了契机。
同步辐射是一种强度大、亮度高、频谱连续、方向性及偏振性好、有脉冲时间结构和洁净真空环境的优异新型光源,国家同步辐射实验室有我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源(以下简称合肥光源)。
刘庆华团队基于合肥光源,建立并发展了适用于固—液相电催化反应过程原位探测的傅里叶变换红外光谱实验技术,实现对上述问题的原位实时在线监测。
同时,研究人员利用光诱导晶格应变策略,将晶格应力引入到过渡金属基—金属有机框架(NiFe-MOF)化合物的晶格中,成功激活NiFe-MOF化合物金属节点的催化活性,实现其高质量活性、高稳定性的电驱动氧关联催化。
在中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室特任教授孙永福看来,同步辐射傅里叶变换红外光谱实验技术的完善,对其他利用同步辐射光源的原位技术起到了指导作用。“为进一步研究燃料电池的内在机制,发展燃料电池体系提供了技术支持。”他告诉《中国科学报》。
活性高出2~10倍
在此基础上,刘庆华团队首次观察到在氧催化过程中,伴随着过渡金属基镍活性中心价态的升高,氧反应关键中间产物*OOH出现并与Ni4+高价活性中心直接成键,从原子水平上揭示了NiFe-MOF化合物催化材料高效的电催化反应机制。
刘庆华介绍,在氧催化反应中,NiFe-MOF化合物表现出优异的电催化氧还原和氧析出活性,是以碳为基的铂催化剂(Pt/C)的2~10倍。
例如,将NiFe-MOF材料用在氧还原反应中,NiFe-MOF的催化质量活性每克金属高达500安,Pt/C的催化质量活性在相同条件下为每克金属260安。
接下来,再将NiFe-MOF材料用在氧还原的逆反应—氧氧化反应中,NiFe-MOF的催化质量活性更是每克金属高达2000安,而二氧化钌在相同条件下的催化质量活性每克金属仅为17安。
刘庆华表示,这意味着,“在相同的催化活性下,相比于贵金属催化剂,NiFe-MOF材料用量更少,极大地节约材料并进一步降低成本”。
此外,NiFe-MOF化合物催化材料在每平方厘米100~200毫安的高电流密度下连续进行200小时的电催化氧还原或析出氧反应,仍能维持约97%的初始催化活性,证实NiFe-MOF化合物具有极高的化学稳定性和催化耐久性。
孙永福认为,NiFe-MOF化合物有望成为高效的工业燃料电池阴极氧还原催化剂,为发展贵金属催化替代提供一种新的参考途径。
据悉,燃料电池要满足工业上实际应用的需要,需用5000小时以上的寿命和更大的工作电流密度。刘庆华表示,下一步团队一方面将通过更长时间的工作运行测试,检验该材料在工业工作条件下的稳定性和寿命;另一方面,也将进行实际的燃料电池组装,研究该材料在实际器件中应用的可能性。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星储能网获悉,6月16日消息,安徽宿州印发《宿州市科学技术局以科技创新推进未来产业创新发展实施方案》,提到,重点布局氢能、新型储能等领域。氢能方面推进核心零部件以及关键装备研发制造,发展氢气循环泵、膜电极、双极板、高效催化剂、质子交换膜、控制系统等技术。新型储能方面拓展电化学储
北极星氢能网获悉,湖南省政府在官网发布了《湖南省氢能产业发展三年行动方案》(以下简称《方案》)。方案提出,到2027年在交通运输、氢储能、氢冶炼、氢化工等部分领域实现规模应用,市场机制和管理机制更加健全,集聚具有全国影响力的骨干企业10家左右,氢能关键材料部分领域产业规模全国领先,氢能
6月10日,云南省人民政府办公厅关于印发《云南省专精特新企业倍增三年行动计划(2025—2027年)》的通知(云政办发〔2025〕27号)。其中提到,做大做强铟、锗、铂为主的稀贵金属新材料产业,发展高纯铟、ITO靶材、磷化铟、卫星用太阳能电池、锗光学元器件、铂族金属功能材料及催化剂等;用好磷资源,垂
5月22日20时30分,在上海市宝山区铁城路10千伏沟13线路作业现场,随着新型双臂带电作业机器人安装完最后一个线夹,国网上海市电力公司首次成功应用机器人完成夜间带电接火作业。市北供电公司带电班班长袁超介绍:“通过激光红外建模技术,带电作业机器人能在夜间精准定位作业点,进一步拓宽了不停电作
编者按绿氢之新,新在定位。绿氢之难,难在创业。在全球加速奔向碳中和的时代洪流中,绿氢正从实验室和示范项目快步驶入产业化赛道,成为我国战略性新兴产业中备受关注的前沿阵地。4月28日,国家能源局发布了我国首份氢能发展报告——《中国氢能发展报告2025》。《报告》显示,2024年我国氢能生产消费
6月12日,华润电力(宜昌)有限公司2025-2027年蜂窝式脱硝催化剂采购招标公告发布。招标内容和范围:蜂窝式脱硝催化剂452立方米。详情如下:华润电力(宜昌)有限公司2025-2027年蜂窝式脱硝催化剂采购招标公告招标公告SZBGG2025060146号华润守正招标有限公司受招标人委托,对华润电力中部片区2025年度
6月10日,厦门市发展和改革委员会发布《厦门市氢能产业高质量发展行动计划(2025—2027年)(征求意见稿)》。其中提出,建立多渠道氢源供应体系,逐步构建低成本、低碳化的多元制氢体系。在产业发展初期,加强同周边地区氢能资源的联动协调,与漳州古雷港经济开发区、泉州泉港石化工业园区、泉惠石化
注:板块及分会场持续更新中,请以正式通知为准。组织机构01主办单位青岛市人民政府02支持单位世界水理事会(WWC)国际水协会(IWA)中国工业节能与清洁生产协会河海大学膜材料与膜应用国家重点实验室03承办单位青岛市科学技术协会青岛市商务局青岛西海岸新区管理委员会水资源高效利用与工程安全国家工程研
6月4日,国家市场监督管理总局计量司发布了《2025年国家计量技术规范制定、修订及宣贯计划的通知》,低碳院CCUS团队作为主要编制单位的《燃煤烟气变压吸附法碳捕集系统能效测试技术规范》《煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用监测计量技术规范》《二氧化碳加氢制甲醇催化剂性能测试技术规范》,以及作为重要
国家电投集团系统单位全面推进班组建设各项工作,扎实落实班组“强基创优”方案,广大班组长充分发挥“兵头将尾”作用,攻坚克难、主动作为,在提升班组管理科学化、民主化、制度化、规范化方面取得了卓有成效的成绩,涌现出一批表现突出的典型。近日,国家电投集团表彰2023-2024年度示范班组、优秀班
6月11日,第十八届(2025)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会暨展览会于上海国家会展中心盛大举办,天合元氢协同天合光能、天合储能联合展出,并在此期间面向全球发布三款绿氢设备,展现了公司对全球氢能产业的价值创造力,领跑全球氢能价值新时代。全球氢能产业蓬勃发展势头强劲在全球积极应对气
北极星氢能网获悉,5月26日,山西省科技厅对《关于“切实加大新能源的政策支持力度尽快出台全省支持氢能源应用市场的政策”的建议》进行答复,其中指出下一步工作将着力提升企业创新主体地位;持续提升基础研究、应用基础研究能力;加速氢能科技成果转化。关于省十四届人大三次会议第1827号建议的答复
北极星氢能网获悉,东北首个氢能产业园区——大连金普新区氢能产业园正式开园并投产。开园当日,大检集团氢能检测中心二期等8个项目集中签约,涵盖绿氢示范应用、氢能装备研发制造、检验检测等多个领域,实现了氢能产业延链、固链、强链发展,将有力带动大连氢能产业向“新”发力、逐“质”而行。在国
3月24日,宿迁绿能氢创科技有限公司在北京北辰洲际酒店举行首台单堆1MWAEM电解槽产品发布会。这一突破性产品的亮相,标志着AEM电解槽正式迈入兆瓦级时代,为可再生能源高效转化提供了全新解决方案。在全球能源结构转型与双碳目标的大背景下,氢作为一种清洁、高效的能源载体,正成为推动绿色经济转型的
1月12日,全球首台125KW-AEM电解槽正式发运交付华能酒泉电厂,该电解槽搭载了未来氢能全自主知识产权AEM核心材料。AEM作为电解水制氢技术后起新秀,持续受到氢能行业关注,众多氢能企业也在积极布局AEM电解水制氢领域。AEM争先发布,都有谁?2024年多家氢能企业先后发布AEM电解槽产品,据北极星氢能网
北极星氢能网获悉,2025年1月12日,未来氢能全球首台125KW-AEM电解槽正式发运交付华能酒泉电厂,搭载了全自主知识产权AEM核心材料,强化大容量配置,可兆瓦级扩展。未来氢能专注AEM催化剂、电极产品及制氢技术服务,助力AEM技术规模化发展。将正式交付华能集团酒泉电厂,该电解槽搭载了未来氢能全自主
1月7日,云南省生态环境厅发布2024年全省危险废物利用处置能力建设的引导性公告。公告显示,云南省危险废物经营能力高于危险废物产生总量,经营单位负荷率普遍不高,基本处于产能过剩状态。详情如下:云南省生态环境厅关于发布2024年全省危险废物利用处置能力建设的引导性公告根据国务院办公厅《强化危
年关将至,寒潮来袭,春耕备启,又到了能源保供和化肥生产的“尖峰”时刻。保障国家能源安全和粮食安全,中国海油重任在肩,义不容辞,全力以赴。从山峦平原到长江大河再到蓝色海洋,从生产工厂到接卸站点再到销售终端,无数海油人奋战在保供第一线。2024年,中国海油强机制、扩产能、稳进口、促联通、
根据《福建省强化危险废物监管和利用处置能力改革行动方案》(国环发〔2021〕11号)和《2024年度福建省危险废物规范化环境管理评估和危险废物自行利用处置专项整治行动方案》(闽环保固体〔2024〕1号)有关要求,现发布我市危险废物产生以及利用处置能力建设等有关情况,引导社会资本合理投资危险废物
北极星固废网获悉,泉州市生态环境局发布关于危险废物收集利用处置能力建设的引导性公告(2024年),总体上看,泉州市危险废物利用处置方式涵盖了收集、贮存、利用、填埋,企业委外利用处置量占比仍较大,部分类别危险废物利用能力不足,详情如下:根据《福建省强化危险废物监管和利用处置能力改革行动
北极星储能网获悉,9月19日,上海市科学技术委员会关于发布上海市2024年度“探索者计划”(第二批)项目申报指南的通知。征集范围包括:新型高性能储能高温熔盐体系设计研究研究目标:针对高温储能熔盐体系设计周期长、效率低的问题,研究高通量AI辅助储能熔盐体系设计新方法并建立熔盐材料数字化研发
日前,福建生态环境厅发布关于全省危险废物利用处置能力建设的引导性通告(2024年)。公告指出,全省危险废物利用处置能力已超产废量,多数类别危险废物利用处置能力已显富余,特别是废矿物油利用、废碱利用、废催化剂提取贵金属利用、废铝灰利用等;流域上游一些地方建设的废矿物油、废有机溶剂、废酸
北极星氢能网获悉,湖南省政府在官网发布了《湖南省氢能产业发展三年行动方案》(以下简称《方案》)。方案提出,到2027年在交通运输、氢储能、氢冶炼、氢化工等部分领域实现规模应用,市场机制和管理机制更加健全,集聚具有全国影响力的骨干企业10家左右,氢能关键材料部分领域产业规模全国领先,氢能
北极星氢能网获悉,近日,由国家市场监督管理总局批准筹建的国家氢燃料电池汽车质量检验检测中心(以下简称“中心”)在北京大兴国际氢能示范区正式投入使用,标志着我国在氢能检测领域迈出了重要一步,为氢燃料电池汽车产业的高质量发展提供了坚实的技术支撑。填补空白,打造全链条检测平台中心总投资
北极星氢能网获悉,近日,遂宁市经济和信息化局发布《关于市八届人大五次会议第85036号建议办理答复的函》。答复函中指出,四川省利用丰富的水风光资源,发展绿氢制备和应用,已在成都、德阳、攀枝花、雅安、内江、资阳、凉山等市(州)开展氢燃料电池汽车示范,累计推广燃料电池汽车619辆,建成加氢站
北极星氢能网获悉,6月8日,重塑能源发布公告,为进一步提升公司的整体竞争力,为集团经营活动筹集额外资金及促进集团业务稳定发展,于2025年6月7日,董事会决议建议根据特别授权发行认购股份,且公司与认购方订立认购协议,据此公司有条件同意配发及发行,而认购方有条件同意认购合共197.18万股内资股
北极星氢能网获悉,6月10日,湖北省首批500台氢能两轮车在湖北工程职业学院新校区正式投入运营。此次投放的500台氢能两轮车,该车由武汉众宇动力系统科技有限公司(以下简称众宇)自主研发,搭载了众宇氢燃料电池系统及低压固态储氢系统,采用轻量化电堆和智能化电控系统设计,一次换氢可以行驶90公里
6月10日,厦门市发展和改革委员会发布《厦门市氢能产业高质量发展行动计划(2025—2027年)(征求意见稿)》。其中提出,建立多渠道氢源供应体系,逐步构建低成本、低碳化的多元制氢体系。在产业发展初期,加强同周边地区氢能资源的联动协调,与漳州古雷港经济开发区、泉州泉港石化工业园区、泉惠石化
6月10日,厦门市发展和改革委员会征求《厦门市氢能产业高质量发展行动计划(2025—2027年)(征求意见稿)》意见。其中提出,打造氢能产业技术创新策源地,加强关键核心技术攻关。布局建设氢能产业创新支撑平台。完善氢能标准体系建设。详情如下:厦门市氢能产业高质量发展行动计划(2025—2027年)(
编者按党的二十大报告提出,要加快发展方式绿色转型,推动经济社会发展绿色化、低碳化,倡导绿色消费,推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。开展绿色电力交易是推进能源绿色低碳转型的重要途径,是推动可再生能源持续健康发展的重要抓手。近年来,国家大力推动绿色电力市场建设并取得显著成效,购买
北极星氢能网获悉,近日,国家能源集团氢能科技有限责任公司发生工商变更,注册资本由1.88亿人民币增至6.61亿人民币,增幅约252%,同时,刘玮由执行董事改任董事,任担任经理一职。该公司成立于2019年6月,法定代表人为刘玮,经营范围含氢能源及燃料电池相关装备与技术的开发、技术推广、技术服务、技
氢能作为一种清洁、高效的能源载体,以其独特的优势,正在被全球视为未来能源体系的重要组成部分。在“四个革命、一个合作”能源安全新战略的指导下,我国正加快推动氢能全产业链发展。近期,国家能源局发布《中国氢能发展报告(2025)》(以下简称《报告》),《报告》总结了2024年我国氢能产业在生产
北极星储能网获悉,6月7日,源电新能源全固态电池产业基地签约。项目计划总投资约25亿元,由浙江路贸通控股集团投资,将建设高端数字化工厂(固态系列产品)5GWh固态电池(兼容半固态)生产线,预计达产后年产值50亿元,税收1.5亿元,未来将导入锂空气燃料电池相关研发生产。同日下午,与产业股东路贸
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!