MIT開發促進燃料電池效率化之技術,電化學反應速度可提高5倍

 

刊登日期:2021/12/6
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麻省理工學院(MIT)開發了一項可促進燃料電池、空氣電池等次世代電池在電極產生之氧化還原反應的手法,透過在金或鉑的觸媒與電解質之間置入一層「離子液體」的薄層,可讓電化學反應速度提高多達5倍。以往燃料電池由於反應速度慢而存在流通電流較小的問題,新技術將可望解決此項問題。

研究團隊從僅由離子組成並具有強靜電相互作用的離子液體著手,在觸媒與電解質之間置入一層薄薄的離子液體,期藉此提高界面處氫原子質子的活性。結果顯示,通過界面經過加強地氫鍵可以加速「質子耦合電子轉移(Proton-coupled Electron Transfer; PCET)」,進而讓氧化還原反應速度提高了5倍。

研究團隊也利用傅立葉轉換紅外線光譜(FT-IR)的觀察與基於質子振動波函數的PCET模擬計算證實了此一現象的發生機制。透過此項研究可發現界面處的分子間氫鍵對於提高電極催化劑的活性具有重要作用,並可獲得PCET機制的量子力學層面基礎知識。

新技術有別於傳統方法,利用厚度僅數nm的離子液體層,而非觸媒表面的改質,藉以提高電極觸媒活性,此方法將可廣泛應用於透過與氫反應產生能量與化學物質的電化學裝置。此外,透過適當選擇離子液體,將可控制質子活性或PCET,從而設計出適合各種氧還原反應的最佳觸媒。在車輛、飛機等運輸領域的脫碳趨勢之下,燃料電池等電化學裝置的氫能活用亦日顯重要,新技術將可望促進相關領域的發展。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/211107_making-catalytic-surfaces.html
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