燃料電池減少鉑金屬用量的新方法

眾所周知，燃料電池由于其燃燒產(chǎn)物主要是水，因此其非常環(huán)保。近日，哥本哈根大學的研究者在燃料電池上取得了新的進展。無需利用貴金屬鉑作為催化劑，也能使燃料電池提供與目前采用鉑催化劑的燃料電池相同的電量。這項科學發(fā)現(xiàn)已經(jīng)刊登在了《自然材料》雜志上。

更便宜的氫燃料汽車和全新的燃料電池設計

研究者表示，燃料電池應該替代內(nèi)燃機作為今后汽車的動力源。它們對氣候環(huán)境幾乎沒有影響。一方面是因為燃料電池的燃料利用率更高，另一方面，其燃燒產(chǎn)物中不含有煙塵、二氧化碳等物質(zhì)。

而燃料電池目前遇到的技術瓶頸則是：其中使用的鉑金屬催化劑相當昂貴。這是阻礙燃料電池發(fā)展的最大障礙。

減少貴金屬使用率

哥本哈根大學化學部門副教授Matthias Arenz與墨尼黑工業(yè)大學、杜塞爾多夫普朗克研究所的研究者共同測試了一系列不同的催化劑。

他表示：“我們在實驗室里發(fā)現(xiàn)了一種新方法，利用平常氫燃料電池中鉑金屬的五分之一實現(xiàn)與其相同的電容量。雖然在實際應用中或許達不到這一水平，但可以確定的是，新方法能夠大量減少對鉑催化劑的依賴。在減少燃料電池成本方面跨出了一大步。”

鉑金屬是地球上最稀有的幾種金屬之一。大部分鉑金屬存在于南非地區(qū)，含量占全球80%，俄羅斯地區(qū)的鉑金儲量則占全球的10%。

2012年，全球鉑金屬產(chǎn)量為179噸。而黃金的全球年產(chǎn)量則達到2700噸，作為對比，鉑金顯得尤為珍貴。1盎司鉑金的售價為1600美元。

片材、粒子或納米粒子

燃料電池以鉑作為催化劑并通過氫氣和氧氣產(chǎn)生電能。最佳的反應模式就是在反應過程中覆蓋鉑金屬層，不過這樣做的成本很高。因此現(xiàn)代的燃料電池中將鉑金屬的形態(tài)制造成顆粒狀。而研究團隊所謂的新方法則是將顆粒狀鉑金屬擺放的更科學，更高效。

同質(zhì)量鉑金屬產(chǎn)生5倍電量

在測試過程中，傳統(tǒng)催化劑一般每毫克能夠產(chǎn)生1安培的電流。而哥本哈根研究團隊則利用1毫克鉑金屬生成了8安培的電流。一開始研究者以為這是因為利用更小顆粒的鉑金產(chǎn)生了更高的功率產(chǎn)額（power yield），不過進一步觀察后，他們有了更驚人的發(fā)現(xiàn)。

偶然發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象

他們將鉑金屬顆粒制造成一系列不同的體積大小。他們發(fā)現(xiàn)在某些樣品催化劑上，鉑粒子的密度非常的高。研究者將其描述為“粒子鄰近效應（Particle Proximity Effect）”。研究者下一步所要做的是，利用工業(yè)方法大規(guī)模實現(xiàn)這種“粒子鄰近效應”。