康奈爾大學(xué)（Cornell University）的研究人員發(fā)現(xiàn)，氮摻雜、碳涂層的鎳陽極可以催化氫燃料電池中的基本反應(yīng)，其成本遠(yuǎn)低于目前使用的貴金屬。該發(fā)現(xiàn)將可以加速擴(kuò)展氫燃料電池的應(yīng)用，如汽車等使用高效清潔能源的領(lǐng)域。
這是Héctor D. Abru?a實(shí)驗(yàn)室在尋找堿性燃料電池的活性、廉價(jià)、耐用的催化劑時(shí)的一系列發(fā)現(xiàn)之一。藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系Emile M. Chamot教授Abru?a表示：“這一發(fā)現(xiàn)在使用高效、清潔的氫燃料電池代替化石燃料方面取得了進(jìn)展。”
目前氫燃料電池需要昂貴的貴金屬，如鉑，以有效地催化進(jìn)行發(fā)電反應(yīng)。盡管堿性聚合物電解質(zhì)膜燃料電池（APEMFC）能夠使用非貴金屬電催化劑，但它們?nèi)狈μ娲F金屬基系統(tǒng)所需的性能和耐用性。
燃料電池通過氫氧化反應(yīng)（HOR）和氧還原反應(yīng)（OOR）發(fā)電。Abru?a稱鉑金是這兩種反應(yīng)的模型催化劑，因?yàn)樗軌蛴行Т呋⑶以赑EM燃料電池的酸性環(huán)境中很耐用。
研究人員稱最近用非貴金屬HOR電催化劑進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)旨在克服兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：氫結(jié)合能過強(qiáng)導(dǎo)致本征活性低，以及金屬氧化物形成快速鈍化導(dǎo)致耐久性差。
為了克服上述問題，研究人員設(shè)計(jì)出一種鎳基電催化劑，其外殼大小為2納米，由氮摻雜碳制成。研究的氫燃料電池有一個(gè)陽極（氫被氧化）催化劑，該催化劑由一個(gè)被碳?xì)ぐ鼑膶?shí)心鎳核組成。當(dāng)與鈷錳陰極（氧氣被還原）配對(duì)時(shí)，所得到的完全不含貴金屬的氫燃料電池每平方厘米輸出超過200毫瓦。
Abru?a說，鎳電極表面上氧化鎳物質(zhì)顯著減慢了氫氧化反應(yīng)。該氮摻雜碳涂層用作保護(hù)層并增強(qiáng)HOR動(dòng)力學(xué)，使反應(yīng)更快、更有效。
此外，鎳電極上石墨烯涂層防止形成氧化鎳，從而大大提高了電極的壽命。這些電極對(duì)一氧化碳的耐受性也更強(qiáng)，而一氧化碳會(huì)迅速毒化鉑。Abru?a表示：“這種新型陽極的使用將大大降低價(jià)格，使堿性燃料電池能夠在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。”
