新的鐵催化劑可以使氫燃料電池負擔得起

幾十年來，科學家們一直在尋找一種能夠顯著降低制造氫燃料電池成本的催化劑。這樣的進步可能會引發一場綠色能源革命，從筆記本電腦到機車，一切都使用一種燃料，其唯一的副產品是水。

布法羅大學領導的新研究表明，科學家們正在向這一目標邁進。

在周四(7 月 7 日)發表在Nature Energy上的一項研究中，科學家們描述了鐵如何與氮和碳結合生產出高效、耐用且廉價的催化劑——這是美國能源部 (DOE) 確定的三個主要目標用于燃料電池研究。

該研究的主要作者、UB 工程與應用科學學院化學與生物工程教授吳剛博士說：“這已經醞釀了多年。” “我們相信這是一項重大突破，最終將有助于釋放氫燃料電池的巨大潛力。”

燃料電池的承諾

根據美國能源部的說法，燃料電池的工作方式與電池類似，但它們不會耗盡電力或需要充電。只要提供燃料(例如氫氣)，它們就會產生電力和熱量。

長期以來，它們一直吸引著科學家、環保主義者和其他人，因為與內燃機相比，它們的排放量更低或為零。并且它們可以用于廣泛的應用，為車輛、發電廠、建筑物和其他系統提供電力。

但燃料電池并沒有廣泛商業化，因為除其他外，它們需要昂貴的催化劑來加速重要的燃料電池反應。

最好的催化劑是六種貴金屬——被稱為鉑族金屬。雖然高效且耐用，但這些金屬非常昂貴，因為它們極為稀有。因此，科學家們正在尋找成本更低的替代品。

克服障礙

一種這樣的替代物是鐵基催化劑。鐵很有吸引力，因為它豐富且便宜。但它的性能不如鉑金，特別是因為它缺乏承受燃料電池內部高度腐蝕性和氧化環境的耐用性。

為了克服這一障礙，研究小組將四個氮原子與鐵結合。然后，研究人員將材料嵌入幾層石墨烯中，“對局部幾何和化學結構進行精確的原子控制，”吳說。

所得結構是一種大大改進的催化劑。例如，研究小組報告了催化劑：

被認為是迄今為止生產的最有效的鐵基催化劑，超過了美國能源部 2025 年的電流密度目標。

達到接近鉑族催化劑的耐久性等級。

吳說，所有這一切都表明鐵基催化劑具有使燃料電池，特別是氫燃料電池更便宜的商業用途的潛力。研究人員正在計劃后續研究以進一步改進催化劑。