科学家开发了用于持久燃料电池的新材料

伦敦皇后大学的科学家参与的一项新研究表明，石墨烯可用于制造更耐用的汽车氢燃料电池。

在这项发表在《纳米尺度》杂志上的研究中，研究人员通过一种特殊的可扩展技术生产了石墨烯，并将其用于开发氢燃料电池催化剂。他们表明，这种新型的石墨烯基催化剂比市售催化剂更耐用，并且性能匹配。

氢燃料电池通过在催化剂的帮助下将氢和氧结合起来，将化学能转化为电能。由于反应的唯一副产品是水，因此它们提供了高效且环保的动力源。

铂是用于这些燃料电池的最广泛使用的催化剂，但是其高成本对于氢燃料电池的商业化而言是一个大问题。为了解决这个问题，通常通过将微小的铂纳米颗粒装饰到便宜的碳载体上来制备商业催化剂，但是该材料的较差的耐久性极大地降低了当前燃料电池的寿命。

先前的研究表明，石墨烯由于其耐腐蚀性，高表面积和高导电性而可以成为燃料电池的理想载体材料。但是，迄今为止，大多数实验中使用的石墨烯都存在许多缺陷，这意味着尚未实现预期的改进电阻。

这项研究中描述的技术可以在一锅合成中生产出装饰有铂纳米粒子的高质量石墨烯。该方法可以扩大规模以进行大规模生产，从而将石墨烯基催化剂用于广泛的能源应用。

耐用性提高

研究人员使用一种基于美国能源部(DoE)推荐的测试方法，即加速应力测试，证实了石墨烯基催化剂的耐久性。科学家使用这些测试表明，与商用催化剂相比，新开发的石墨烯基催化剂在相同测试期间的活性损失降低了约30%。

来自伦敦大学学院(UCL)的博士生和该研究的第一作者Gyen Ming Angel说：“能源部为燃料电池的耐用性设定了测试和目标，其中一项是加速压力测试以模拟正常运行条件，另一项是模拟燃料电池耐久性。在启动和关闭燃料电池时会遇到高电压。

石墨烯领域的大多数研究仅使用推荐的测试之一进行评估。但是，由于我们的材料中含有高质量的石墨烯，因此我们已经在长期测试和长期测试中都实现了高耐久性，这对于这些材料的未来商业化至关重要。我们期待将我们的新型催化剂应用于商业技术，并实现更长寿命的燃料电池的优势。”

UCL电化学工程教授Dan Brett教授说：“在不损害环境的前提下满足全球能源需求是当今的巨大挑战之一。氢燃料电池可以提供更清洁的能源，并且已经在某些汽车中用作汽油或柴油的替代品。然而，其广泛商业化的最大障碍是催化剂承受其在能源应用中所需的广泛循环的能力。我们已经证明，通过使用石墨烯代替典型的无定形碳作为载体材料，我们可以制造出超耐用的催化剂。”

释放石墨烯的潜力

石墨烯由排列成六边形晶格的单层碳原子制成。尽管其结构相对简单，但石墨烯被认为具有非凡的性能，包括高电导率，高透明度和高柔韧性。

伦敦玛丽皇后大学可再生能源讲师帕特里克·卡伦(Patrick Cullen)博士说：“多年来，石墨烯一直受到大肆宣传，并且该材料的应用前景广阔。然而，研究界仍在等待其全部潜能被实现，这导致对这种拟议的“奇妙材料”的否定性。许多关于石墨烯的研究都使用有缺陷的石墨烯这一事实并没有帮助这种观点。我们希望本文能够恢复人们对石墨烯的信心，并表明这种材料在现在和将来都具有改进燃料电池等技术的巨大潜力。