Den vänstra figuren visar platinapristrender under de senaste två decennierna och den högra figuren förklarar alternativet:anjonbytarmembranbränsleceller (AEMFC). Kredit:QIN Shuai et al.
Som den renaste förnybara energin, väteenergi har rönt särskild uppmärksamhet i den senaste forskningen. Men kommersialiseringen av traditionella protonbytesmembranbränsleceller (PEMFCs), som förbrukar väte och producerar el, är allvarligt begränsad på grund av den kemiska reaktionen av PEMFC:s katod som till stor del förlitar sig på dyra platinabaserade katalysatorer.
En lösning är att ändra den sura elektrolyten i PEMFC till alkalisk. Sådana bränsleceller kallas anjonbytarmembranbränsleceller (AEMFC), och de tillåter användning av billigare metallelement som Co, Ni eller Mn för att designa elektrokatalysatorer.
Forskargruppen ledd av Prof. Gao Minrui från University of Science and Technology of China (USTC) följde denna lösning och utvecklade ett praktiskt och skalbart sätt att tillverka en ny Ni-W-Cu-legering, Ni 5.2 WCu 2.2 , som katod för AEMFC. Resultatet publicerades den Naturkommunikation .
Teamet växte först Cu (OH) 2 nanotrådar från ett tredimensionellt skumkopparskelett genom anodisk oxidation. De erhållna nanotrådarna nedsänktes sedan i en lösning innehållande Ni- och W-element. Efter hydrotermisk syntes och glödgning, Ni-W-Cu-legeringen tillverkades.
Det ternära Ni 5.2 WCu 2.2 legering kan katalysera oxidationen av väte i alkaliskt medium 4,31 gånger effektivare än riktmärket platina/kolanod.
Den har en oxidationspotential så hög som 0,3V i jämförelse med den reversibla väteelektroden och kan bibehålla hög aktivitet i upp till 20 timmar under sådan överpotential, fortlöpande anoder baserade på metaller som inte tillhör platinagruppen.
Syntesdiagram av Ni5.2WCu2.2 och en Ni5.2WCu2.2-elektrod med storleken 3×10cm2 erhållen på detta sätt. Kredit:QIN Shuai et al.
Legeringskatalysatorn visade också utmärkt motståndskraft mot CO -förgiftning, och bibehöll hög aktivitet i 20000 ppm CO/H 2 blandad atmosfär.
Analys visade att den projicerade tätheten av tillstånd av Ni 5.2 WCu 2.2 legering ligger i den lägsta Fermi -nivån, vilket indikerar att legeringen har den optimala vätebindande energin. Den flerelementslegeringseffekten gör den Ni-baserade legeringen till en högaktiv katalysator och erbjuder oxidationsbeständighet.
Detta arbete belyser ytterligare utforskning av flerelementslegeringar som består av billiga metaller, vilket hjälper utvecklingen av effektivare väteoxidationskatalysatorer för AEMFC-anoder.
