Skoltech的研究人员和他们的同事通过将碳基电极材料暴露在空气等离子体中来改善其性能。这样的处理被证明可以提高电极的性能，这是高科技能源——尤其是燃料电池的限制因素。
这是一种很有前途的技术，可以更清洁、更高效地发电。发表在《电分析化学杂志》上的这项研究甚至表明，制造成本更低的空气等离子体比纯氮或纯氧等离子体更适合处理碳材料。
一种使燃烧天然气更清洁的方法是使用燃料电池。这些设备在技术上不燃烧燃料，而是以一种不同的方式氧化它。这个过程对环境更友好，因为它产生更多有用的电力，更少的温室气体，不排放氮氧化物、二氧化硫和气溶胶颗粒等污染物。
燃料电池用于为工业设施和家庭供电，特别是在偏远的离网地区和需要备用电源的地方。另一个应用是为太空探测器、潜艇、在冷藏空间运行的工业卡车以及更传统的车辆(如汽车、公共汽车、火车和船只)发电。该技术的主要优点是它的效率、弹性和可持续性。
最大的挑战是应对燃料电池的高工作温度，并改进其三个主要组成部分所使用的先进材料:正极和负极以及它们之间的陶瓷电解质层，这有助于产生有用能量的化学反应。此前，Skoltech的研究人员为固体氧化物燃料电池制造了一种形状复杂的电解元件。这项新研究对一种常见的阳极材料进行了改进。
固体氧化物燃料电池的阳极是由各种形式的碳制成的，这些材料的催化活性限制了电池中的反应速度。我们寻求通过在碳电极中加入外来原子(称为缺陷)来提高催化活性的方法。这被称为缺陷工程，”该研究的主要作者，斯科尔特材料公司的助理教授斯坦尼斯拉夫·埃夫拉辛说。
“在这项研究中，我们将不同比例的氧和氮原子引入到高度定向的热解石墨和另一种碳基材料中，将它们暴露在不同成分的等离子体中。”
为了修改电极材料，研究小组将其置于直流放电下，在一个交替充满纯氮、纯氧和普通空气的室中形成等离子体。后者的表现最好，这是一个好消息，因为纯气体显然更昂贵。
总的来说，这种缺陷工程方法比现有的替代方法更经济:碳掺杂氧化钌或铂。新技术也很方便，因为氧和氮包裹体可以在原始材料的制造过程中引入，而不需要额外的后处理阶段，这是氧化钌和铂掺杂所必需的。
就催化活性的影响而言，等离子体处理改善了材料的性能，足以使其制成的电极与使用贵金属的电极相当接近。
研究结果表明，缺陷工程方法可以显著改善材料的电化学特性，而无需添加额外的材料或生产步骤。一旦研究人员学会在材料合成过程中以可控的方式插入缺陷，所生产的材料就可以立即用于制造电流源。
更多信息:S.A. Evlashin等人，等离子体处理对石墨烯基材料氧还原反应性能的影响，Journal of Electroanalytical Chemistry(2024)。引文:等离子体处理增强了工业，家庭和车辆中燃料电池的电极材料(2024年4月22日)检索自2024年4月22日https://techxplore.com/news/2024-04-plasma-treatment-electrode-material-fuel.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
