據(jù)外媒報(bào)道，伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（University of Illinois Chicago，UIC）的工程師團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新材料，一種由鉭-鈦氧化物納米顆粒組成的添加劑，可清除和滅活自由基，從而使燃料電池系統(tǒng)比目前的大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。

圖片來(lái)源：伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校

       與鋰電池相比，燃料電池技術(shù)依靠催化劑驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生能量。鋰電池一次充電通?？梢詫?shí)現(xiàn)100-300英里的續(xù)航里程，容易受到高昂的陰極材料和制造成本的影響，并且需要幾個(gè)小時(shí)才能充滿電。而燃料電池系統(tǒng)使用的材料是氧氣和氫氣等豐富的元素，且充電5分鐘就可完成并行駛400多英里。但燃料電池系統(tǒng)的動(dòng)力催化劑采用的是昂貴（如鉑）或降解太快的材料，無(wú)法實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

       隨著新添加劑材料的開(kāi)發(fā)，科學(xué)家們可以使廉價(jià)的鐵-氮-碳燃料電池催化劑更耐用。當(dāng)添加到化學(xué)反應(yīng)中時(shí)，添加劑材料可以保護(hù)燃料電池系統(tǒng)免受副產(chǎn)品影響，其中兩種最具腐蝕性的副產(chǎn)品是不穩(wěn)定的粒子，如原子、分子或稱(chēng)為自由基的離子，以及過(guò)氧化氫。

       UIC工程學(xué)院機(jī)械與工業(yè)工程教授Reza Shahbazian-Yassar及其同事使用先進(jìn)的成像技術(shù)來(lái)研究與新材料的反應(yīng)。原子結(jié)構(gòu)的高分辨率成像使科學(xué)家能夠定義添加劑工作所需的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

       該研究的共同通訊作者Shahbazian-Yassar表示：“在實(shí)驗(yàn)室中，我們能夠使用電子顯微鏡在各種使用條件下捕獲材料的高度詳細(xì)的原子分辨率圖像。通過(guò)我們的結(jié)構(gòu)研究，我們可以了解添加劑的原子結(jié)構(gòu)變化，并確定清除劑納米粒子的大小和尺寸，以及鉭和二氧化鈦的比例。因此科研人員可以理解添加劑所需的固溶體合金的正確狀態(tài)，以保護(hù)燃料電池免受腐蝕和降解。”

       實(shí)驗(yàn)表明需要鉭和氧化鈦的固溶體，并且納米顆粒應(yīng)該在5納米左右，其中鉭與氧化鈦的比例為6：4。Shahbazian-Yassar表示：“該比例是納米顆粒材料清除自由基特性的關(guān)鍵，而固態(tài)溶液有助于維持環(huán)境結(jié)構(gòu)?！?/p>

       實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)清除劑納米顆粒材料被添加到燃料電池系統(tǒng)的反應(yīng)中時(shí)，過(guò)氧化氫的產(chǎn)率被抑制在2%以下，降低了51%，并且燃料電池的電流密度衰減從33%降低到3%。

       Shahbazian-Yassar表示：“燃料電池具有更高的續(xù)航里程、快速充電能力、更輕的重量和更小的體積，或可替代鋰電池，但需要找到更經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)分離和儲(chǔ)存氫氣。而此次開(kāi)發(fā)的新材料可以進(jìn)一步推動(dòng)燃料電池汽車(chē)和其他燃料電池技術(shù)落地?！?/p>