电化学氢-水转化系统中电解水和氢燃料电池催化剂的设计

• 作者: 彭立山 魏子栋
• 来源期刊: 工程（英文）
• 关键词: 可再生能源系统 氢-水电化学循环 电催化 电催化剂工程 结构设计 水电解 燃料电池
• 年，卷（期）: 2020,（6）
• 页码范围: 653-679,742-769
• 页数: 55页
• 字数: 18546字
• 语种: 英文

摘要

在当前的能源需求和气候变化的背景下,可持续能源系统的研究已取得实质性进展.氢-水电化学转化是一种理想的、无化石原料使用的可持续能源系统.然而,该能源系统中两种核心技术(电解水和氢燃料电池)的能量转换效率仍有很大的改进空间.本文分析了氢-水能源系统中电解水和燃料电池的能量耗散,并讨论了在催化剂表面发生的涉及氢-氧反应的主要障碍.通过反应性中间体与表观催化性能之间的标度关系,本文总结了催化活性趋势的框架,为高活性氢-氧反应电催化剂的设计提供了思路.文中介绍了一系列基于催化性能的结构工程方法,如纳米结构化、晶面工程、相工程、非晶化、缺陷工程、元素掺杂、界面工程和合金化等,着重介绍从以往的理论和实验研究中得到的启示,并概述了电化学氢-水转化系统中的关键科学问题,提出了开发具有高能量转化率的催化剂的研究方向.