Comment les scientifiques font-ils passer les piles à combustible à hydrogène du laboratoire à la vie publique ?


La prochaine grande chose : comment les scientifiques font-ils entrer les piles à combustible à hydrogène du laboratoire dans la vie publique ?

Représentation schématique de l’approche de synthèse d’ancre de soufre à haute température. Crédit photo : USTC

à deviennent de plus en plus populaires dans la production de véhicules à pile à combustible (FCV) tels que les voitures, les chariots élévateurs, les bus et les avions en raison de leur rendement élevé et de leurs propriétés écologiques dans la production d’électricité. Cependant, la nature coûteuse de la fabrication de catalyseurs pour piles à combustible exclut la production de masse et l’application à grande échelle des FCV.

Les catalyseurs de piles à combustible sont généralement constitués de platine (Pt) ou d’alliages de Pt, les supports de carbone poreux étant finement recouverts de métaux de transition. Le platine est un matériau catalytique idéal car il peut résister à des conditions acides et augmenter efficacement la vitesse des réactions chimiques. Cependant, il est coûteux et dispose de réserves de ressources insuffisantes. Par conséquent, il est impératif de développer et de cribler de nouveaux catalyseurs avec une faible quantité de Pt et une activité catalytique élevée pour la commercialisation des piles à combustible.

Dans une science Dans un article publié le 22 octobre, des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) ont décrit une méthode d’ancrage au soufre pour synthétiser avec succès de petites nanoparticules intermétalliques de Pt (i-NP) catalyseurs avec Charge de Pt extrêmement faible et activité de masse élevée. Ils ont également créé des bibliothèques i-NP, comprenant 46 types de nanoparticules de Pt (NP), pour cribler des matériaux d’électrode peu coûteux et durables et pour étudier systématiquement les relations structure-activité des i-NP.

Les I-NP ont reçu beaucoup d’attention dans de nombreuses réactions chimiques en raison de leurs propriétés uniques d’ordre atomique et de leurs excellentes performances catalytiques. Dans la synthèse des i-NPs, cependant, le frittage inévitable du métal à haute température n’est pas souhaitable car il conduit à des cristallites plus gros. Ainsi, cela conduit à une réduction de la surface spécifique et des activités catalytiques des matériaux et in fine abaisse le taux d’utilisation du Pt, augmentant ainsi fortement le coût des piles à combustible.

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Représentation schématique de l’approche de synthèse d’ancre de soufre à haute température. Crédit photo : LIU Xinyi, LIU Zige

L’équipe de recherche, dirigée par Liang Haiwei, a fait un usage intelligent de la forte interaction chimique entre le Pt et le soufre. Ils ont fabriqué des composés intermétalliques de Pt sur des supports de carbone dopé au soufre (SC) pour supprimer le frittage des NP à haute température, et ils ont fabriqué des i-NPs atomiquement ordonnés avec une taille moyenne de. obtenir

Pour tirer parti de la propriété anti-frittage, les chercheurs ont synthétisé 46 types de petits i-NP à base de Pt sur des supports SC et ont établi des bibliothèques d’i-NP. Les caractérisations spectrales ont été mesurées et les résultats ont confirmé les fortes interactions chimiques des liaisons Pt-S. De plus, les résultats de la diffraction des rayons X (XRD) ont montré un degré élevé d’ordre et une petite taille des catalyseurs i-NP dans les bibliothèques, ce qui est cohérent avec l’analyse statistique de la microscopie électronique à transmission annulaire à champ sombre et à angle élevé (HAADF-STEM) . Observations.

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    Représentation schématique de l’approche de synthèse d’ancre de soufre à haute température. Crédit photo : LIU Xinyi, LIU Zige

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    Représentation schématique de l’approche de synthèse d’ancre de soufre à haute température. Crédit photo : LIU Xinyi, LIU Zige

« Sur la base des bibliothèques i-NP, nous pouvons étudier systématiquement la relation entre la structure et les performances des catalyseurs », a déclaré Liang, « et des échantillons suffisants nous ont aidés à éliminer les catalyseurs efficaces qui devaient réduire le coût des piles à combustible. i-NPs et les a appliqués aux piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC). Ces catalyseurs ont montré d’excellentes performances électrocatalytiques pour la réaction de réduction de l’oxygène (ORR). Surtout en H2-Air PEMFC, bien que la charge en Pt des i-NPs soit 11,5 fois inférieure à celle de la cathode Pt/C, les cathodes des catalyseurs i-NP ont montré une capacité similaire à celle de la cathode Pt/C.

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Représentation schématique de l’approche de synthèse d’ancre de soufre à haute température. Crédit photo : USTC

Ce travail offre une voie universelle pour la synthèse de catalyseurs en alliage de Pt utilisés dans les piles à combustible à . Ce procédé laisse espérer une réduction de la quantité de Pt utilisée, diminuant ainsi le coût des piles à combustible. « L’ingénierie des structures poreuses et de la fonctionnalité de surface des supports en carbone peut encore améliorer l’efficacité des piles à combustible et accélérer leur transfert du laboratoire au public », a déclaré Liang.


Les ancres au sélénium pourraient améliorer la durabilité des catalyseurs de piles à combustible au platine


Plus d’information:
Nikita Hanikel et al., Evolution de la structure de l’eau dans les charpentes métallo-organiques pour une meilleure collecte d’eau atmosphérique, science (2021). DOI : 10.1126 / science.abj0890. www.science.org/doi/10.1126/science.abj0890

Fourni par l’Université des sciences et technologies de Chine

Citation: La prochaine grande chose : comment les scientifiques font-ils entrer les piles à combustible à hydrogène du laboratoire dans la vie publique ? (2021, 21 octobre) Extrait le 21 octobre 2021 de https://phys.org/news/2021-10-big-scientists-hydrogen-fuel-cells.html

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