氢燃料电池具备发电效益高、副产品只有纯水等优点，但由于电池催化剂昂贵，发展速度仍不及锂离子电池，而近日美国布朗大学研发出新型合金催化剂，既能减少贵金属使用量并降低成本，实验结果也指出，不管是反应性还是耐用性，新型催化剂表现已超过美国能源部 2020 年的目标。
氢燃料电池发展历史已超过 50 年以上，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”已成为广告宣传惯用语，然而氢燃料电池阳极多采用铂催化剂，贵金属材料让氢燃料电池的成本居高不下。
虽然科学家也有想过要采用其他金属或是合金催化剂，但合金催化剂耐用性实在是不高，论文第一作者 Junrui Li 表示，虽然合金催化剂一开始性能会比铂还要好，但不久之后催化剂中的非贵金属部分就会氧化且淋溶，造成电池迅速衰退。
因此为解决淋溶问题，布朗团队打造一款具有特殊结构的合金奈米粒子，其中奈米粒子外壳由铂制成，核心则是由交错的钴与铂原子层打造。化学教授 Shouheng Sun 表示，这些都是提高催化剂反应性和耐用性的关键钥匙。
奈米粒子核心的分层排列有助于降低外壳铂晶格的粗糙度，并让晶格排列更加紧密，Sun 指出，这不仅增加铂的反应性，也可以保护钴原子不会在反应中被吞噬，这便是为什么新型催化剂的表现比传统更好的原因。
为准确测试新型催化剂的性能，团队不仅在实验室测试新型催化剂的氧气还原反应（ORR），研究员也把催化剂送到能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL），让催化剂可实际用于氢燃料电池。
研究员表示，实验室评估对于催化剂研究固然重要，但那不一定能准确测出催化剂的实际表现，与实验室环境相比，实际环境热度与酸碱性都不一样，这两个因素都会加速催化剂衰退。
而 LANL 测试结果也相当符合团队的期望，新型催化剂的稳定性与耐用性甚至已超越能源部 2020 年设立的目标。
能源部设定电池在 30,000 循环后（相当于氢燃料车行驶 5 年），催化剂活性减幅只能从初始的每毫克 0.44 安培最低降至 0.26 安培。而布朗大学的催化剂拥有每毫克 0.56 安培的初始活性，30,000 循环后也只会降到 0.45 安培，因此团队对于新研究非常有自信，并已申请临时专利，希望可持续开发并最佳化研究，目前也已将研究发表在《Joule》。
- New, durable catalyst for key fuel cell reaction may prove useful in eco-friendly vehicles
（本文由 EnergyTrend 授权转载；首图右为合金奈米粒子，来源：布朗大学）
