降低贵金属使用量科学正在研究成本效益更高的燃料电池

r囧r小猫 2022-10-01 07:46 194阅读 0赞

虽然目前电动车市场以锂离子电池为主流，但也有不少车厂对氢燃料电池车情有独钟，许多科学家也正努力研发出成本效益比更高的燃料电池，像是美国特拉华大学最近便在新型氢燃料电池研究中有所突破，新设计除了能降低贵金属使用量，稳定性跟离子传导性也更胜从前。

氢燃料电池主要是利用氢与氧的化学变化来产生电力，其中就以商业常见的质子交换膜燃料电池（PEMFC）来说，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，氢离子则会经过两极中间的质子交换膜到隔壁阴极；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。

由于 PEMFC 在运作过程中不会排放任何废气，只会产生水与热，目前已跨出商业门坎应用在电动车或是储能系统中，只不过该电池若要再扩大应用，还有许多挑战待跨，像是 PEMFC 电池阴阳两极的催化剂都含有贵金属白金，使氢燃料电池成本难以下跌之余，其他氢燃料电池也有出头天的机会。

氢氧化物交换膜电池成新星？ 美国特拉华大学近期致力研发氢氧化物交换膜燃料电池（HEMFC），盼能让电池不再需要白金催化剂以及昂贵的双极板，特拉华大学化学与生物分子工程教授 Yushan Yan表示，若成功制造出 HEMFC，电池成本会更加低廉。

氢氧化物交换聚合物基本上是由一个长链跟带有正电离子或阳离子的侧链组成，过去该团队一直没办法打造出完美的氢氧化物交换聚合物，不是稳定性高、导电性低，就是材料成本低、但稳定性差。

如今该[sbf胜博][sbf]团队研究有成，已成功利用聚（芳基哌啶鎓）聚合物（poly(aryl piperidinium)，PAP）研发新型电池，除了具有良好的离子传导性、化学稳定性、机械强度等，也能进一步降低白金的使用量。

特拉华大学团队实际测试也指出，即使白金催化剂含量降至最低，新型 HEMFC 功率密度仍能达到每平方公分 920 mW，且其稳定性表现也不错，在电流密度每平方公分500 mA 条件下，可运行300小时，工作温度则是 95℃ 左右。

团队指出，在所有工作温度逾 90℃ 的 HEMFC 中，新型电池的稳定性跟功率密度都最高。未来则将会持续优化电池设计，盼能将电池稳定性突破 5,000 小时大关，证明未来的氢燃料电池车可采用 HEMFC。

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