燃料電池新技術大量減少對鉑催化劑依賴

    鋰電世界  眾所周知，燃料電池由于其燃燒產物主要是水，因此其非常環保。近日，哥本哈根大學的研究者在燃料電池上取得了新的進展。無需利用貴金屬鉑作為催化劑，也能使燃料電池提供與目前采用鉑催化劑的燃料電池相同的電量。這項科學發現已經刊登在了《自然材料》雜志上。

    更便宜的氫燃料汽車和全新的燃料電池設計

    研究者表示，燃料電池應該替代內燃機作為今后汽車的動力源。它們對氣候環境幾乎沒有影響。一方面是因為燃料電池的燃料利用率更高，另一方面，其燃燒產物中不含有煙塵、二氧化碳等物質。

    而燃料電池目前遇到的技術瓶頸則是：其中使用的鉑金屬催化劑相當昂貴。這是阻礙燃料電池發展的最大障礙。

    減少貴金屬使用率

    哥本哈根大學化學部門副教授Matthias Arenz與墨尼黑工業大學、杜塞爾多夫普朗克研究所的研究者共同測試了一系列不同的催化劑。

    他表示：“我們在實驗室里發現了一種新方法，利用平常氫燃料電池中鉑金屬的五分之一實現與其相同的電容量。雖然在實際應用中或許達不到這一水平，但可以確定的是，新方法能夠大量減少對鉑催化劑的依賴。在減少燃料電池成本方面跨出了一大步。”

    鉑金屬是地球上最稀有的幾種金屬之一。大部分鉑金屬存在于南非地區，含量占全球80%，俄羅斯地區的鉑金儲量則占全球的10%.

    2012年，全球鉑金屬產量為179噸。而黃金的全球年產量則達到2700噸，作為對比，鉑金顯得尤為珍貴。1盎司鉑金的售價為1600美元。

    片材、粒子或納米粒子

    燃料電池以鉑作為催化劑并通過氫氣和氧氣產生電能。最佳的反應模式就是在反應過程中覆蓋鉑金屬層，不過這樣做的成本很高。因此現代的燃料電池中將鉑金屬的形態制造成顆粒狀。而研究團隊所謂的新方法則是將顆粒狀鉑金屬擺放的更科學，更高效。

    同質量鉑金屬產生5倍電量

    在測試過程中，傳統催化劑一般每毫克能夠產生1安培的電流。而哥本哈根研究團隊則利用1毫克鉑金屬生成了8安培的電流。一開始研究者以為這是因為利用更小顆粒的鉑金產生了更高的功率產額(power yield)，不過進一步觀察后，他們有了更驚人的發現。

    偶然發現的現象

    他們將鉑金屬顆粒制造成一系列不同的體積大小。他們發現在某些樣品催化劑上，鉑粒子的密度非常的高。研究者將其描述為“粒子鄰近效應(Particle Proximity Effect)”。研究者下一步所要做的是，利用工業方法大規模實現這種“粒子鄰近效應”。