使用铂镍催化剂 在氢气中存储能量的效率提高了20倍

催化剂促进了化学反应，但是广泛使用的金属铂稀缺且昂贵。埃因霍温科技大学(TU / e)的研究人员与中国，新加坡和日本的研究人员一起，已经开发出了一种活性高20倍的替代产品：一种具有镍和铂合金空心纳米笼的催化剂。TU / e研究人员Emiel Hensen希望将来使用这种新催化剂开发冰箱大小的电解槽，该电解槽大小约为10兆瓦。该结果将于11月15日发表在《科学》杂志上。

到2050年，中央政府的目标是从可持续的能源(例如太阳或风)中获得荷兰几乎所有的能源需求。由于这些能源并非始终可用，因此能够存储产生的能量非常重要。由于电池的能量密度低，因此不适合存储大量能量。更好的解决方案是化学键，氢是最明显的气体选择。电解器使用水将电能(过量)转化为氢，并可以存储氢。在稍后的阶段，燃料电池则相反，将存储的氢转换回电能。两种技术都需要催化剂来推动这一过程。

由于其高活性，有助于这些转化的催化剂主要由铂制成。但是铂金非常昂贵并且相对稀缺。如果我们想大规模使用电解槽和燃料电池，这是一个问题。TU / e催化教授Emiel Hensen说：“因此，来自中国的研究人员开发了铂和镍的合金，从而降低了成本并提高了活性。”

有效的催化剂具有很高的活性。每秒将更多的水分子转化为氢。Hensen说：“在TU / e，我们研究了镍对关键反应步骤的影响，为此，我们基于电子显微镜的图像开发了计算机模型。利用量子化学计算，我们能够预测镍的活性。新型合金，我们就能理解为什么这种新型催化剂如此有效。”

在燃料电池中成功测试

除了金属的其他选择外，研究人员还能够对形态进行重大改变。催化剂中的原子必须与水和/或氧分子键合才能转化它们。因此，更多的结合位点将导致更高的活性。亨森说：“您希望尽可能多地利用金属表面。可以从外部以及从内部进入已开发的空心纳米笼。这会产生较大的表面积，从而允许更多的材料同时发生反应。 ” 此外，Hensen用量子化学计算证明了纳米笼的特定表面结构甚至进一步提高了活性。

经过Hensen模型的计算，结果发现两种溶液的活度比目前的铂催化剂高20倍。研究人员还在燃料电池的实验测试中发现了这一结果。“对许多基础工作的重要批评是它在实验室中完成了它的工作，但是当有人将其放在真实设备中时，它通常是行不通的。我们已经表明，这种新催化剂可以在实际应用中工作。 ”

催化剂的稳定性必须使其能够在氢汽车或房屋中继续工作数年。因此，研究人员在燃料电池中测试了该催化剂5万“圈”，发现其活性降低得可以忽略不计。

每个地区都有电解槽

这种新型催化剂的可能性多种多样。既是燃料电池的形式，又是电解槽中的逆反应。例如，燃料电池用在氢动力汽车中，而一些医院已经有了带有氢动力燃料 电池的应急发电机。电解槽可用于例如海上风电场，甚至可能在每个风力涡轮机旁边。运输氢比运输电便宜得多。

亨森的梦想更进一步。他说：“我希望我们能够很快在每个社区中安装一个电解器。这种冰箱大小的设备在白天将邻居屋顶上的太阳能电池板的所有能量存储为氢气。地下天然气管道将将来运输氢，家用中央供暖锅炉将由燃料电池代替，燃料电池将储存的氢转换回电能。这就是我们如何充分利用阳光的方式。”

但是要做到这一点，电解槽仍需要进行大量开发。因此，亨森与来自布拉班特地区的其他TU / e研究人员和工业合作伙伴一起，参与了埃因霍温TU 能源研究所的启动。目的是将当前的商用电解槽规模扩大到约10兆瓦的冰箱大小的电解槽。