據(jù)稱,這種原子級催化劑將氧還原(陰極反應(yīng))電流強度提高了十倍,連續(xù)運行八個月沒有降解,同時使生產(chǎn)成本降低了90%,燃料電池壽命約為兩到三年。
陳燦堯表示,目前其團隊正在進行催化劑量子尺寸相關(guān)性研究,以使電池更便宜、高效。
探索原子尺度的邊界
燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。AFC比酸性電池更安全、有效,因此廣泛用于航天器和衛(wèi)星。催化劑則是燃料電池性能的關(guān)鍵組成部分。
陳燦堯表示,影響催化劑效率的因素很多,特別是尺寸。在相同體積下,催化劑顆粒越小,表面積越大,性能越高。但是,如果顆粒太小,它們就會變得不穩(wěn)定并迅速失去效率。因此,需要找到一種減小尺寸和增加穩(wěn)定性的方法。
靈感來自對咖啡蘇打的熱愛
陳燦堯表示,咖啡蘇打給了他新的研究策略。2016年,在與咖啡店老板聊天時,他發(fā)現(xiàn)根據(jù)咖啡和蘇打水倒入玻璃杯的順序,泡沫的甜度、味道和數(shù)量非常不同。
于是,他讓研究助理顛倒了晶體生長的順序。與傳統(tǒng)方法不同的是,他們每10秒添加新材料,并在短短幾秒鐘內(nèi)停止反應(yīng),這就產(chǎn)生了Pt三聚體催化劑。
降本提效并延長壽命
最初,陳燦堯的學(xué)生對他的非正統(tǒng)方法有些懷疑。但隨著數(shù)百次失敗,他們最終使Pt三聚體催化劑保持了穩(wěn)定,同時保持AFCs的高活性。陳燦堯稱,他的原子催化劑中鉑的用量僅為1%,并且質(zhì)量流密度增加了30倍,而普通商業(yè)催化劑用量為35%。