研究人员认为，这一巨大发展最终将有助于充分发挥氢燃料电池的巨大潜力。由于铂的高成本，环保燃料的商业化已经停滞了几十年，但一项研究表明，低成本催化剂可能是一种可行的替代品。多年来，研究人员一直在寻找能够显着降低氢燃料电池生产价格的催化剂。这样的突破可能会引发一场绿色能源革命，笔记本电脑和火车都使用仅产生水作为副产品的燃料。根据布法罗大学 (UB) 的最新发现，研究人员可能越来越接近实现这一目标。美国能源部 (DOE) 已将效率、耐用性和可负担性确定为燃料电池研究的三个主要目标。在最近发表在《自然能源》杂志上的一项研究中，科学家们解释了铁如何与氮和碳结合以生产出符合所有三个标准的催化剂。该研究的主要作者、UB 工程与应用科学学院化学与生物工程教授、该研究的主要作者 Gang Wu 博士说：“这已经酝酿了多年。” “我们相信这是一项重大突破，最终将有助于释放氢燃料电池的巨大潜力。”

燃料电池的承诺

根据美国能源部的说法，燃料电池的工作原理与电池类似，但不会断电或需要充电。只要提供燃料（例如氢气），它们就会产生热量和电力。因为与内燃机相比，它们产生的排放更少或不产生排放，所以长期以来一直引起科学家、环保主义者和其他人的兴趣。此外，它们具有广泛的用途，包括为建筑物、发电厂、汽车和其他系统供电。然而，燃料电池缺乏广泛商业化的原因之一是加速关键燃料电池过程所需的昂贵催化剂的高成本。一组六种被称为铂族金属的贵金属已被证明是最有效的催化剂。虽然这些金属高效且持久，但由于其稀缺性，它们非常昂贵。因此，研究人员正在寻找更便宜的选择。

克服障碍

一种这样的替代物是铁基催化剂。铁很有吸引力，因为它丰富且便宜。但它的性能不如铂金，特别是因为它缺乏承受燃料电池内部高度腐蚀性和氧化环境的耐用性。为了克服这一障碍，研究小组将四个氮原子与铁结合。然后，研究人员将材料嵌入几层石墨烯中，“对局部几何和化学结构进行精确的原子控制，”吴说。所得结构是一种大大改进的催化剂。例如，研究小组报告了催化剂：被认为是迄今为止生产的最高效的铁基催化剂，超过了 DOE 的 2025 年电流密度目标。达到接近铂族催化剂的耐久性等级。吴说，所有这一切都表明铁基催化剂具有使燃料电池，特别是氢燃料电池更便宜的商业用途的潜力。研究人员正在计划后续研究以进一步改进催化剂。

原标题：数十年的酝酿——新的催化剂大大降低氢燃料电池的成本