成本為競爭關鍵,新款氫燃料電池催化劑有望追上白金

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 11 日 17:34 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 follow us in feedly

白金一克要價台幣 867 元左右,除了會出現在百貨公司珠寶櫥窗中,人們也可以在氫燃料電池催化劑原料清單中發現它們的身影,而這便是氫燃料電池價格高漲而不跌的原因。不過最近普林斯頓大學(Princeton University)成功找到潛力替代品,成本只要白金催化劑的五分之一,未來或許有機會能降低電池成本。

氫燃料電池利用氫與氧的化學變化來產生電力,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,氫氣失去電子後,則會通過電解質到隔壁的陰極;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。

不會排放任何廢氣,只會產生水與熱,上述特性讓氫燃料電池被視為化石燃料的替代能源之一,更是備受看好的電動車電力來源,可惜的是,做為催化劑的白金十分昂貴,地殼含量也不多,各界還無法大量採用氫燃料電池,雖然科學家也想過用其他金屬、合金或是化合物來製作催化劑,但效能都比不上白金。

科學家在過去的實驗中不斷碰壁,合金催化劑的性能雖然一開始能超越白金,但過不久就會開始氧化且淋溶;若用較便宜的金屬來當作催化劑,催化劑劑量得加大,反而讓過多催化劑附著在電極上,進而降低能源效率。

對此,普林斯頓大學生物與化學工程教授 Bruce E. Koel 表示,白金催化劑近乎完美,電化學反應快又可以承受嚴苛的酸性條件,但其實替代品不需要像白金一樣盡善盡美。

團隊研究發現,過去從來沒有注意過的低導電性材料,經過特殊處理後也能大變身,就好比氮電漿處理過的氧化鉿(hafnium oxide,音同哈),不僅能轉變成薄膜材料,還能成為高活性、承受強酸的催化劑,或許是個不錯的白金催化劑替代品。

研究測試指出,新型鉿薄膜催化劑的效率雖然只有白金的 60%,但勝在成本低,為白金的五分之一,且除了能應用在氫燃料電池,還可以跨入電化學水分解製氫領域,合作企業 HiT Nano 科學家 Xiaofang Yang 指出,電解水製氫也是再生能源經濟重要的一環,該研究重要性不言可喻。

團隊未來也會考慮測試更便宜的鋯,只不過這項研究是否能進一步降低氫燃料成本,現在可能還不好說,如今科學家還無法將新催化劑與研究帶出實驗室,也要考慮到大規模製造的成本。只能說科學家透過這項研究開闢另一種可能,Koel 指出,團隊現在還不清楚研究的箇中道理,還要再持續研究材料的特殊性能。

目前研究已發表在《Nature Communications》。

(首圖來源:普林斯頓大學

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