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2019年06月14日 | 技术突破！氢燃料电池催化剂最佳替代品诞生，成本可降低80%
2019-06-14
白金一克要价人民币193元左右，除了会出现在百货公司珠宝橱窗中，人们也可以在氢燃料电池催化剂原料清单中发现它们的身影，而这便是氢燃料电池价格高涨而不跌的原因。
不过最近普林斯顿大学（Princeton University）成功找到潜力替代品，成本只要白金催化剂的五分之一，未来或许有机会能降低电池成本。
氢燃料电池利用氢与氧的化学变化来产生电力，氢气会从燃料电池阳极进入，透过阳极催化剂分解成氢离子与电子，之后电子会经由外电路形成电流抵达阴极，氢气失去电子后，则会通过电解质到隔壁的阴极；阴极则是氧气进入的地方，氢离子、电子跟氧气会在阴极催化剂的帮助下产生反应与水。
不会排放任何废气，只会产生水与热，上述特性让氢燃料电池被视为化石燃料的替代能源之一，更是备受看好的电动车电力来源，可惜的是，做为催化剂的白金十分昂贵，地壳含量也不多，各界还无法大量採用氢燃料电池，虽然科学家也想过用其他金属、合金或是化合物来製作催化剂，但效能都比不上白金。
科学家在过去的实验中不断碰壁，合金催化剂的性能虽然一开始能超越白金，但过不久就会开始氧化且淋溶；若用较便宜的金属来当作催化剂，催化剂剂量得加大，反而让过多催化剂附著在电极上，进而降低能源效率。
对此，普林斯顿大学生物与化学工程教授 Bruce E. Koel 表示，白金催化剂近乎完美，电化学反应快又可以承受严苛的酸性条件，但其实替代品不需要像白金一样尽善尽美。
团队研究发现，过去从来没有注意过的低导电性材料，经过特殊处理后也能大变身，就好比氮电浆处理过的氧化铪（hafnium oxide)，不仅能转变成薄膜材料，还能成为高活性、承受强酸的催化剂，或许是个不错的白金催化剂替代品。
研究测试指出，新型铪薄膜催化剂的效率虽然只有白金的 60%，但胜在成本低，为白金的五分之一，且除了能应用在氢燃料电池，还可以跨入电化学水分解製氢领域，合作企业 HiT Nano 科学家 Xiaofang Yang 指出，电解水製氢也是再生能源经济重要的一环，该研究重要性不言可喻。
团队未来也会考虑测试更便宜的锆，只不过这项研究是否能进一步降低氢燃料成本，现在可能还不好说，如今科学家还无法将新催化剂与研究带出实验室，也要考虑到大规模製造的成本。只能说科学家透过这项研究开闢另一种可能，Koel 指出，团队现在还不清楚研究的箇中道理，还要再持续研究材料的特殊性能。
目前研究已发表在《Nature Communications》。
史海拾趣
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