伊利诺伊大学工程师开发出新材料 使燃料电池系统更具优势

据外媒报道，伊利诺伊大学芝加哥分校（University of Illinois Chicago，UIC）的工程师团队开发出一种新材料，一种由钽-钛氧化物纳米颗粒组成的添加剂，可清除和灭活自由基，从而使燃料电池系统比目前的大多数电动汽车电池系统更具优势。

与锂电池相比，燃料电池技术依靠催化剂驱动的化学反应来产生能量。锂电池一次充电通常可以实现100-300英里的续航里程，容易受到高昂的阴极材料和制造成本的影响，并且需要几个小时才能充满电。而燃料电池系统使用的材料是氧气和氢气等丰富的元素，且充电5分钟就可完成并行驶400多英里。但燃料电池系统的动力催化剂采用的是昂贵（如铂）或降解太快的材料，无法实现应用。

随着新添加剂材料的开发，科学家们可以使廉价的铁-氮-碳燃料电池催化剂更耐用。当添加到化学反应中时，添加剂材料可以保护燃料电池系统免受副产品影响，其中两种最具腐蚀性的副产品是不稳定的粒子，如原子、分子或称为自由基的离子，以及过氧化氢。

UIC工程学院机械与工业工程教授Reza Shahbazian-Yassar及其同事使用先进的成像技术来研究与新材料的反应。原子结构的高分辨率成像使科学家能够定义添加剂工作所需的结构参数。

该研究的共同通讯作者Shahbazian-Yassar表示：“在实验室中，我们能够使用电子显微镜在各种使用条件下捕获材料的高度详细的原子分辨率图像。通过我们的结构研究，我们可以了解添加剂的原子结构变化，并确定清除剂纳米粒子的大小和尺寸，以及钽和二氧化钛的比例。因此科研人员可以理解添加剂所需的固溶体合金的正确状态，以保护燃料电池免受腐蚀和降解。”

实验表明需要钽和氧化钛的固溶体，并且纳米颗粒应该在5纳米左右，其中钽与氧化钛的比例为6：4。Shahbazian-Yassar表示：“该比例是纳米颗粒材料清除自由基特性的关键，而固态溶液有助于维持环境结构。”

实验表明，当清除剂纳米颗粒材料被添加到燃料电池系统的反应中时，过氧化氢的产率被抑制在2%以下，降低了51%，并且燃料电池的电流密度衰减从33%降低到3%。

Shahbazian-Yassar表示：“燃料电池具有更高的续航里程、快速充电能力、更轻的重量和更小的体积，或可替代锂电池，但需要找到更经济的方法来分离和储存氢气。而此次开发的新材料可以进一步推动燃料电池汽车和其他燃料电池技术落地。”