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研究人員認為，這一巨大發(fā)展最終將有助于充分發(fā)揮氫燃料電池的巨大潛力。由于鉑的高成本，環(huán)保燃料的商業(yè)化已經(jīng)停滯了幾十年，但一項研究表明，低成本催化劑可能是一種可行的替代品。多年來，研究人員一直在尋找能夠顯著降低氫燃料電池生產(chǎn)價格的催化劑。這樣的突破可能會引發(fā)一場綠色能源革命，筆記本電腦和火車都使用僅產(chǎn)生水作為副產(chǎn)品的燃料。根據(jù)布法羅大學 (UB) 的最新發(fā)現(xiàn)，研究人員可能越來越接近實現(xiàn)這一目標。美國能源部 (DOE) 已將效率、耐用性和可負擔性確定為燃料電池研究的三個主要目標。在最近發(fā)表在《自然能源》雜志上的一項研究中，科學家們解釋了鐵如何與氮和碳結(jié)合以生產(chǎn)出符合所有三個標準的催化劑。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、該研究的主要作者 Gang Wu 博士說：“這已經(jīng)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(jù)美國能源部的說法，燃料電池的工作原理與電池類似，但不會斷電或需要充電。只要提供燃料（例如氫氣），它們就會產(chǎn)生熱量和電力。因為與內(nèi)燃機相比，它們產(chǎn)生的排放更少或不產(chǎn)生排放，所以長期以來一直引起科學家、環(huán)保主義者和其他人的興趣。此外，它們具有廣泛的用途，包括為建筑物、發(fā)電廠、汽車和其他系統(tǒng)供電。然而，燃料電池缺乏廣泛商業(yè)化的原因之一是加速關鍵燃料電池過程所需的昂貴催化劑的高成本。一組六種被稱為鉑族金屬的貴金屬已被證明是最有效的催化劑。雖然這些金屬高效且持久，但由于其稀缺性，它們非常昂貴。因此，研究人員正在尋找更便宜的選擇。

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(nèi)部高度腐蝕性和氧化環(huán)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(jié)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(jié)構(gòu)進行精確的原子控制，”吳說。所得結(jié)構(gòu)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(chǎn)的最高效的鐵基催化劑，超過了 DOE 的 2025 年電流密度目標。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(yè)用途的潛力。研究人員正在計劃后續(xù)研究以進一步改進催化劑。

原標題：數(shù)十年的醞釀——新的催化劑大大降低氫燃料電池的成本