美国威斯康辛大学麦迪逊分校（UW–Madison）近日透过低成本金属与有机化合物，成功打造暨便宜又高效的氢燃料电池催化剂，能量输出比传统氢燃料电池高 20%，运作效率更比其他有机化合物燃料电池高 100 倍，有助于进一步降低氢燃料电池成本。
氢燃料电池研究至今已超过半世纪，利用氢与氧的化学变化来产生电力，不会排放任何废气、只会产生少量水，然而大多氢燃料电池存有成本过高或效率太低等问题，这也是现在美国只有几千辆氢燃料车的原因之一，该技术还需要更加努力才能达到大规模使用。
在氢燃料电池中，氢气会从燃料电池阳极进入，氧气由阴极进入电池。其中氢原子会透过阳极催化剂分解成质子与电子，电子再经由外电路形成电流抵达阴极；氧气、氢质子与电子则会在阴极催化剂帮助下形成水分子，两极的催化剂可说是燃料电池的命脉之一。
但目前市面表现最佳的阳极催化剂含有贵金属铂，这让氢燃料电池的成本一直以来居高不下，UW–Madison 化学教授 Shannon Stahl 表示，科学家也可以用较便宜的金属来当作催化剂，但催化剂剂量得加大，反而让过多催化剂附着在电极上，降低能源效率。
因此为提高氢燃料电池市场的竞争力，UW–Madison 团队将成本较低的钴金属装在氢燃料反应器（reactor）附近，就算使用大量的钴也不会影响化学反应运作，之后再利用有机化合物醌当媒介，将电子与质子运送到反应器。
（Source：UW-Madison）
在团队提出的方案中，醌就像一辆自小客车，可同时乘载两个电子和质子，可将它们从阳极运送到钴催化剂，并再返回接送更多“乘客”。该团队也进一步利用醌衍生物改变醌类的结构，大幅延长有机化合物的寿命，减缓衰退成焦油状物质的速度。
实验指出，醌的连续运作时间可长达 5,000 小时，寿命与以往研究相比增加 100 多倍。Stahl 指出，虽然该技术并非最终解决方案，但团队已提出全新的解决方法，新设计不仅让氢燃料电池的能量输出提高 20%，运作效率也比其他生物燃料电池高出 100 倍。
未来团队下一步则是提高醌媒介的性能，让他们能更有效地携带电子并产生更多的能量，这一研究将有助于氢燃料电池变成另一种低成本高效率技术，目前研究已发表在《Joule》。
- New fuel cell concept brings biological design to better electricity generation
（本文由 EnergyTrend 授权转载；首图来源：Flickr/JOHN LLOYD CC BY 2.0）
