當(dāng)前位置: 電池聯(lián)盟網(wǎng) > 前沿 >

中國科大研制出完全非貴金屬驅(qū)動的堿性膜燃料電池

時(shí)間:2022-12-28 09:36來源:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 作者:綜合報(bào)道
點(diǎn)擊: 次
 
       近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高敏銳教授課題組設(shè)計(jì)并研制了一種完全由非貴金屬驅(qū)動的堿性膜燃料電池（AEMFC）。該電池以Ni3N作為陽極、ZrN作為陰極（圖1），在氫氣-氧氣和氫氣-空氣條件下分別展現(xiàn)了256 mW cm-2 和151 mW cm-2的功率密度。相關(guān)成果以“Plasma-Assisted Synthesis of Metal Nitrides for an Efficient Platinum-Group-Metal-Free Anion-Exchange-Membrane Fuel Cell”為題發(fā)表在在國際知名期刊Nano Letters上。
圖1. 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備的Ni3N和ZrN用于AEMFCs。
 
       利用非貴金屬來驅(qū)動燃料電池將大幅度降低電池成本，擺脫對稀有貴金屬資源的依耐。由于非貴金屬位點(diǎn)活性低，結(jié)構(gòu)易變性強(qiáng)，導(dǎo)致利用非貴金屬驅(qū)動AEMFCs面臨巨大挑戰(zhàn)。近年來，高敏銳課題組致力于非貴金屬設(shè)計(jì)高性能的AEMFC電極催化劑，已取得階段性進(jìn)展（Nat. Catal.2022, 5, 993;Angew. Chem. Int. Ed.,2022, 61, e202208040;Nat. Commun.2021, 12:2686）。然而，如何基于非貴金屬材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)其在嚴(yán)苛的電池運(yùn)行環(huán)境下穩(wěn)定的功率輸出仍然是完全非貴金屬燃料電池亟需解決的難題。
 
       過渡金屬氮化物具有導(dǎo)電性優(yōu)異、電化學(xué)穩(wěn)定性好以及耐腐蝕性強(qiáng)等特性，有望設(shè)計(jì)高活性、高穩(wěn)定性AEMFC電催化劑。傳統(tǒng)方法制備過渡金屬氮化物是使用腐蝕性強(qiáng)的氨氣作為氮源，一般會帶來環(huán)境污染；而且，由于需要使用較高的合成溫度，會導(dǎo)致材料燒結(jié)，減少催化活性位點(diǎn)。該研究組借助等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積來將氮?dú)怆x子化，有效使得惰性的氮?dú)鈪⑴c反應(yīng)，制備了高質(zhì)量的Ni3N和ZrN催化劑。這種方法具有很好的拓展性，可在各自的金屬箔上制備晶片級的Ni3N和ZrN層，展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景 (圖2)。
圖2. 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備高質(zhì)量的Ni3N和ZrN。
 
       研究人員利用旋轉(zhuǎn)圓盤電極系統(tǒng)評估了Ni3N和ZrN在堿性電解質(zhì)下氫氣氧化（HOR）和氧氣還原（ORR）性能。結(jié)果表明，Ni3N和ZrN分別展現(xiàn)了優(yōu)異的HOR活性和ORR活性，接近貴金屬Pt/C催化劑，并且非常穩(wěn)定�；诖税l(fā)現(xiàn)，研究人員將Ni3N和ZrN分別用作陽極和陰極催化劑組裝到AEMFC中，在氫氣-氧氣和氫氣-空氣下分別獲得256 mW cm-2 和151 mW cm-2的功率密度，并能夠穩(wěn)定的工作25個(gè)小時(shí)性能不衰減 （圖3）。這是目前完全非貴金屬催化劑驅(qū)動的AEMFCs所報(bào)道的最佳值之一。
圖3. Ni3N和ZrN的電池性能。
 
       借助理論計(jì)算，研究人員發(fā)現(xiàn)氮元素插入到金屬晶格的間隙位點(diǎn)中，會優(yōu)化金屬位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)，使得金屬位點(diǎn)的d帶中心進(jìn)一步遠(yuǎn)離費(fèi)米能級，從而減弱了Ni3N中的Ni活性位點(diǎn)對H中間體的吸附能，并且使得Ni3N展現(xiàn)出了對OH中間體優(yōu)異的吸附能力，從而賦予Ni3N優(yōu)異的堿性HOR活性。此外，N的存在也削弱了ZrN中的Zr活性位點(diǎn)對O中間體的吸附能，使得其接近最優(yōu)的O吸附能，從而帶來優(yōu)異的堿性O(shè)RR活性。
 
       論文的共同第一作者為中國科大博士后張曉隆、博士生胡少進(jìn)和王業(yè)華。中國科大高敏銳教授為通訊作者。相關(guān)研究受到國家自然科學(xué)基金委、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省重點(diǎn)研究與開發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 燃料電池
作者：綜合報(bào)道 ，如若轉(zhuǎn)載，請注明出處：http://jzr14e.cn/qianyan//2022122840977.html
看完這篇還不夠？如果你也也是同行業(yè)需要發(fā)布您的新聞報(bào)道，請 戳這里 告訴我們！
免責(zé)聲明：本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實(shí)，對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源：XXX（非中國電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請?jiān)谝恢軆?nèi)進(jìn)行，以便我們及時(shí)處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡
專題
相關(guān)新聞
本月熱點(diǎn)

  • 又一鋰電新貴啟動IPO

    12月1日，證監(jiān)會官網(wǎng)披露，已接受瑞浦蘭鈞遞交的境外上市申請。這進(jìn)一步證實(shí)了瑞浦蘭鈞赴港IPO 一事，也意味著當(dāng)下國內(nèi)前十家動力電池企業(yè)即將全部邁入上市企業(yè)名單中。
    2022-12-04 10:27

  • 11月我國動力電池裝車量34.3GWh，同比增64.5%

    12月9日，中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布2022年11月動力電池月度數(shù)據(jù)。
    2022-12-12 08:40

  • 動力電池回收行業(yè)專題報(bào)告：動力電池退役潮起，回收賽道風(fēng)口將至

    （報(bào)告出品方/作者：中泰證券，馮勝） 1.動力電池退役潮開啟，拆解回收或成主流 動力電池將在十四五期間迎來退役潮，22-30 年市場規(guī)模 CAGR 達(dá) 24% 我國首批新能源車動力電池退役潮即將來臨。近年國內(nèi)新能源汽車銷量高速增長， 動力電池裝機(jī)量也隨之迅速攀升
    2022-12-05 10:48

  • 專利戰(zhàn)寧王一審勝訴中航，二線電池廠「唇亡齒寒」？

    寧德時(shí)代與中創(chuàng)新航曠日持久的專利糾紛有了最新進(jìn)展。
    2022-12-01 10:01

  • 鋰價(jià)漲10倍下的回收亂象

    當(dāng)電池級碳酸鋰價(jià)格從一噸4萬漲到55萬以上時(shí)，曾經(jīng)被認(rèn)為無利可圖的鋰回收行業(yè)一下變得火熱了。
    2022-12-11 15:54

  • 特斯拉上海工廠被曝已停產(chǎn)，原因未知

    IT之家 12 月 25 日消息，據(jù)路透社報(bào)道，根據(jù)一份內(nèi)部通知和兩位知情人士的說法，特斯拉周六暫停了其上海工廠的生產(chǎn)，提前執(zhí)行了之前的計(jì)劃，即在 12 月的最后一周暫停工廠的大部分工作。
    2022-12-25 18:42

  • 日賺4.5億！中石油宣布造電池！

    近日，中油綠電新能源有限公司成立，該公司由中國石油天然氣股份有限公司聯(lián)合上海啟源芯動力科技有限公司、上海玖行能源科技有限公司成立。值得注意的是，該公司的經(jīng)營范圍含電池制造。
    2022-11-30 08:57

  • 狂奔的動力電池急需一腳「剎車」

    危險(xiǎn)的信號。
    2022-12-08 08:45
歡迎投稿
聯(lián)系人：王女士
Email：cbcu#cbcu.com.cn
發(fā)送郵件時(shí)用@替換#
電話：010-56284224
在線投稿
企業(yè)微信號
微信公眾號