減少貴金屬白金用量,美國新型氫燃料電池研究有成

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 12 日 13:35 | 分類 能源科技 , 電池 follow us in feedly

雖然目前電動車市場以鋰離子電池為主流,但也有不少車廠對氫燃料電池車情有獨鍾,許多科學家也正努力研發出成本效益比更高的燃料電池,像是美國德拉瓦大學最近便在新型氫燃料電池研究中有所突破,新設計除了能降低貴金屬使用量,穩定性跟離子傳導性也更勝從前。




氫燃料電池主要是利用氫與氧的化學變化來產生電力,其中就以商業常見的質子交換膜燃料電池(PEMFC)來說,氫氣會從燃料電池陽極進入,透過陽極催化劑分解成氫離子與電子,之後電子會經由外電路形成電流抵達陰極,氫離子則會經過兩極中間的質子交換膜到隔壁陰極;陰極則是氧氣進入的地方,氫離子、電子跟氧氣會在陰極催化劑的幫助下產生反應與水。

由於 PEMFC 在運作過程中不會排放任何廢氣,只會產生水與熱,目前已跨出商業門檻應用在電動車或是儲能系統中,只不過該電池若要再擴大應用,還有許多挑戰待跨,像是 PEMFC 電池陰陽兩極的催化劑都含有貴金屬白金,使氫燃料電池成本難以下跌之餘,其他氫燃料電池也有出頭天的機會。

氫氧化物交換膜電池成新星?

美國德拉瓦大學近期致力研發氫氧化物交換膜燃料電池(HEMFC),盼能讓電池不再需要白金催化劑以及昂貴的雙極板,德拉瓦大學化學與生物分子工程教授 Yushan Yan表示,若成功製造出 HEMFC,電池成本會更加低廉。

氫氧化物交換聚合物基本上是由一個長鏈跟帶有正電離子或陽離子的側鏈組成,過去該團隊一直沒辦法打造出完美的氫氧化物交換聚合物,不是穩定性高、導電性低,就是材料成本低、但穩定性差。

如今該團隊研究有成,已成功利用聚(芳基哌啶鎓)聚合物(poly(aryl piperidinium),PAP)研發新型電池,除了具有良好的離子傳導性、化學穩定性、機械強度等,也能進一步降低白金的使用量。

德拉瓦大學團隊實際測試也指出,即使白金催化劑含量降至最低,新型 HEMFC 功率密度仍能達到每平方公分 920 mW,且其穩定性表現也不錯,在電流密度每平方公分500 mA 條件下,可運行300小時,工作溫度則是 95℃ 左右。

團隊指出,在所有工作溫度逾 90℃ 的 HEMFC 中,新型電池的穩定性跟功率密度都最高。未來則將會持續最佳化電池設計,盼能將電池穩定性突破 5,000 小時大關,證明未來的氫燃料電池車可採用 HEMFC。

(首圖為示意圖,來源:Flickr/John Eckman CC BY-SA 2.0)