智能制造網(wǎng)APP
智能制造網(wǎng)手機(jī)站
智能制造網(wǎng)小程序
智能制造網(wǎng)官微
智能制造網(wǎng)服務(wù)號(hào)
智能控制
機(jī)器人
儀器儀表
物聯(lián)網(wǎng)
3D打印
工業(yè)軟件
回放
回放
品牌
GEMPLE
隨著全球設(shè)定從化石燃料過(guò)渡的目標(biāo)，燃料電池作為一種富有前景的無(wú)碳能源脫穎而出。燃料電池中包括由電解質(zhì)分開的陽(yáng)極和陰極，可以將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。陽(yáng)極接收燃料，而氧化劑(通常是空氣中的氧氣)被引入陰極。
在氫燃料電池中，氫氣在陽(yáng)極發(fā)生氧化，從而產(chǎn)生氫離子和電子。然后，離子通過(guò)電解質(zhì)移動(dòng)到陰極，而電子流過(guò)外部電路，從而產(chǎn)生電力。在陰極，氧氣與氫離子和電子結(jié)合，生成唯一的副產(chǎn)品水。然而，水的存在會(huì)影響燃料電池的性能。水與鉑催化劑發(fā)生反應(yīng)，在電極上形成一層氫氧化鉑(PtOH)，這會(huì)阻礙氧還原反應(yīng)(ORR)的有效催化，導(dǎo)致能量損失。為了保持高效運(yùn)行，燃料電池需要高鉑負(fù)載量，這大大增加了燃料電池的成本。
據(jù)外媒報(bào)道，日本千葉大學(xué)(Chiba University)工程研究生院的Nagahiro Hoshi教授等人發(fā)現(xiàn)，在某些鉑電極中添加咖啡因可以提升ORR活性。這一發(fā)現(xiàn)有望減少對(duì)鉑的需求，使燃料電池的成本更低、效率更高。此項(xiàng)研究發(fā)表在期刊《通訊化學(xué)(Communications Chemistry)》上。
Hoshi教授表示：“咖啡因是咖啡中含有的化學(xué)物質(zhì)之一，可以將具有六邊形原子排列結(jié)構(gòu)的已知鉑電極上的燃料電池反應(yīng)活性提高11倍。”
為了評(píng)估咖啡因?qū)RR的影響，研究人員測(cè)量了浸在含有咖啡因的電解質(zhì)中的鉑電極的電流。這些鉑電極的表面原子按特定方向排列，分別如圖(111)、(110)和(100)。隨著電解質(zhì)中的咖啡因濃度增加，電極的ORR活性有了明顯改善。所存在的咖啡因會(huì)吸附在電極表面，可有效防止氫吸附和電極上形成氧化鉑。然而，咖啡因能夠發(fā)揮的作用取決于電極表面上鉑原子的方向。
當(dāng)咖啡因的摩爾濃度為1×10−6時(shí)，Pt(111)和Pt(110)的ORR活性分別提高了11倍和2.5倍，但對(duì)Pt(100)無(wú)明顯影響。為了了解這些差異，研究人員使用紅外反射吸收光譜法(nfrared Reflection Absorption Spectroscopy)來(lái)探討電極表面上咖啡因的分子取向。
他們發(fā)現(xiàn)咖啡因被吸附在鉑(111)和鉑(110)表面，且其分子平面垂直于表面。然而，在鉑(100)表面，空間位阻使其使其吸附時(shí)的分子平面相對(duì)于電極表面傾斜。Hoshi教授表示：“鉑(111)和鉑(110)的ORR活性增加，要?dú)w因于PtOH覆蓋率降低和吸附咖啡因的空間位阻降低。與之相反，對(duì)于鉑(100)而言，減少PtOH所產(chǎn)生的效果，被吸附咖啡因的空間位阻所抵消，因此咖啡因不會(huì)影響ORR活性。”
與壽命有限的電池不同，燃料電池只要有燃料供應(yīng)就可以發(fā)電，因此適合車輛、建筑物和太空任務(wù)等各種應(yīng)用。此次提出的方法有望改善燃料電池設(shè)計(jì)，促進(jìn)其廣泛使用。
浙公網(wǎng)安備 33010602000006號(hào)
智能制造網(wǎng)APP
智能制造網(wǎng)小程序
微信公眾號(hào)
