美推出新型氫燃料電池電極設計,有望提高催化劑反應性 20 倍

作者 | 發布日期 2019 年 02 月 25 日 14:22 | 分類 能源科技 , 電動車 , 電池 follow us in feedly


即使目前氫燃料車存有成本高、氫氣站基礎建設限制跟商業化發展不易難題,科學家對研發氫燃料電池的熱情一點也沒有少,近期美國科學家便設計新型氫燃料電池電極,推估可提高催化劑反應性 10-20 倍,有望降低貴金屬含量與解決電池昂貴的問題。

就像電動車成本 30-40% 為鋰離子電池一樣,氫燃料電池也是氫燃料車的心臟及主要成本所在,這是因為通常科學家會在電池陽極催化劑中加入貴金屬鉑,讓氫燃料電池的成本一直以來居高不下。

目前也有不少科學家想要降低催化劑的貴金屬成分,就好比美國威斯康辛大學麥迪遜分校將將成本較低的鈷金屬裝在氫燃料反應器附近,就算使用大量的鈷也不會影響化學反應運作;美國布朗則打造一款具有特殊結構的合金奈米粒子,粒子外殼由鉑製成,核心則是由交錯的鈷與鉑原子層打造,有助提高催化劑反應性和耐用性。

而除了研發與改良新催化劑,也有團隊著手研究氫燃料電池的電極,約翰.霍普金斯大學(JHU)與普渡大學便投入新型電極研究。普渡大學化學工程教授 Jeffrey Greele表示,團隊基本上運用「力」來調整電極中金屬薄板的性質,透過調整材料的厚度,團隊能夠產生更多的應變(strain),改變材料性質,其中就包括分子如何相結合,進而加速材料表面的反應速度。

JHU 化學與生物分子工程助理教授 Chao Wang 表示,由於每種材料在受力時,原子能階的晶體對稱性會被破壞,造成材料表面發生應變,而團隊已找出讓晶體變薄的方法,可以縮短原子之間的距離,提高材料的反應性。

這種原理就像是人們難以折斷一把筷子,但可以輕鬆折斷一根筷子一樣,團隊已透過控制應變效應、原子之間的距離,讓晶格變得比頭髮還要細 100 萬倍,科學家就能更容易控制材料。

這樣一來科學家也可藉由新技術,提高燃料電池催化劑的反應性,團隊預估,新方法有望將催化劑反應性提高 10-20 倍,氫燃料電池中的貴金屬成分也能降低 90%,或許可以進一步降低氫燃料電池車的成本。

(首圖為示意圖,來源:Flickr/Paul Krueger CC BY 2.0)

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