埃因霍温理工大学 信用:CC0公共领域 催化剂加速化学反应，但广泛使用的金属铂稀缺而昂贵
埃因霍温理工大学的研究人员与中国、新加坡和日本的研究人员一起，现已开发出一种活性高20倍的替代品:一种镍铂合金中空纳米笼催化剂
TU/e研究人员Emiel Hensen希望在未来使用这种新的催化剂来开发一种大约10兆瓦的冰箱大小的电解槽
研究结果将于11月15日发表在《科学》杂志上
到2050年，国家政府的目标是让荷兰几乎所有的能源需求来自可持续的来源，比如太阳能或风能
因为这些能源并不总是可用的，所以能够储存所产生的能量是很重要的
由于能量密度低，电池不适合储存大量的能量
更好的解决方案是化学键，氢气是最明显的气体选择
电解器利用水将(过剩的)电能转化为氢气，储存起来
在后一阶段，燃料电池做相反的事情，将储存的氢转换回电能
这两种技术都需要催化剂来推动这一过程
有助于这些转化的催化剂——由于其高活性——主要由铂制成
但是铂金很贵，相对稀缺；如果我们想大规模使用电解槽和燃料电池，这是个问题
TU/e催化教授Emiel Hensen说，“中国的研究员因此开发了铂和镍的合金，这降低了成本并增加了活性
" 有效的催化剂具有高活性；它每秒钟将更多的水分子转化为氢气
亨森说，“在TU/e，我们研究了镍对关键反应步骤的影响，为此，我们开发了一个基于电子显微镜图像的计算机模型
通过量子化学计算，我们能够预测这种新合金的活性，我们也能理解为什么这种新催化剂如此有效
" 在燃料电池中成功测试 除了金属的其他选择，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/或氧分子结合才能转化它们
因此，更多的结合位点将导致更高的活性
汉森说，“你想尽可能多地利用金属表面
开发的中空纳米笼既可以从外部进入，也可以从内部进入
这产生了一个大的表面积，允许更多的物质同时反应
“此外，汉森通过量子化学计算证明，纳米笼的特定表面结构进一步提高了活性
在汉森模型中计算后，发现两种溶液的活性之和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
“对许多基础工作的一个重要批评是，它在实验室里也能发挥作用，但当有人把它放在真正的设备里时，它往往不起作用
我们已经证明这种新的催化剂在实际应用中是有效的
" 催化剂的稳定性必须能使其在未来几年继续在氢燃料汽车或住宅中工作
因此，研究人员在燃料电池中对催化剂进行了50，000圈的测试，发现活性下降可以忽略不计
各区电解槽 这种新催化剂的可能性是多方面的
无论是燃料电池的形式还是电解槽中的逆向反应
例如，燃料电池用于氢动力汽车，而一些医院已经有了氢动力燃料电池的应急发电机
例如，电解器可以用在海上的风力农场上，或者甚至可以用在每个风力涡轮机旁边
运输氢气比运输电力便宜得多
汉森的梦想更进一步
他说，“我希望我们能很快在每个社区安装一个电解器
这个冰箱大小的装置在白天将附近屋顶太阳能电池板的所有能量储存为氢气
未来地下输气管道将输送氢气，家用集中供热锅炉将由燃料电池取代，后者将储存的氢气转化为电能
这就是我们如何充分利用太阳的方法
" 但是要做到这一点，电解槽仍然需要经历相当大的发展
因此，汉森与布拉班特地区的其他TU/e研究人员和工业伙伴一起，参与了TU埃因霍温能源研究所的启动工作
目标是将目前的商用电解槽扩大到大约10兆瓦的冰箱大小的电解槽
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