隨著全球向可再生能源的轉變勢頭強勁，出現了一個關鍵挑戰：如何在太陽能和風能不可用的時期有效儲存能源。通過合作研究實現的氫燃料電池技術突破，通過用銀替代催化劑中的鉑金屬，大幅降低了成本，標志著向經濟實惠、高效的綠色能源存儲邁出了重要一步。

得益于能源部 SLAC 國家加速器實驗室、斯坦福大學和豐田研究院 (TRI) 的基礎研究，氫燃料電池這一領先的競爭者剛剛獲得了巨大的推動，斯坦福大學和以色列理工學院合作開發出一種燃料電池裝置，該研究最近已轉化為實踐。

SLAC 和斯坦福大學聯合 SUNCAT 界面科學與催化中心的副科學家 Michaela Burke Stevens 表示：“氫燃料電池在能量存儲和轉換方面確實具有巨大的潛力，它可以使用氫作為汽油等的替代燃料，但食用燃料電池仍然相當昂貴。”

伯克·史蒂文斯 (Burke Stevens) 表示，問題在于燃料電池通常依賴于含有昂貴鉑族金屬 (PGM) 的催化劑，以促進化學反應，從而使系統正常工作。這促使伯克·史蒂文斯和她的同事尋找使催化劑更便宜的方法，但對燃料電池的化學成分進行如此根本性的改變是一項艱巨的挑戰：科學家經常發現在他們的小型實驗室設置中起作用的催化劑并不奏效。

這一次，研究人員通過用更便宜的替代品白銀部分替代鉑族金屬來平衡成本。但真正的關鍵是簡化將催化劑添加到電池電極上的化學配方。

沉積在多孔碳電極上的銀鈀薄膜的插圖，研究人員認為這可以使氫燃料電池的制造更容易、成本更低。圖片來源：José Zamora Zeled?n、John Douglin 和 Michaela Burke Stevens

科學家通常將催化劑混合到液體中，然后將其鋪展到網狀電極上，但這些催化劑配方在不同的實驗室環境中使用不同的工具并不總是以相同的方式發揮作用，這使得將工作轉化為現實世界的應用變得困難。“濕化學工藝對于實驗室條件而言并不是特別有彈性，”SUNCAT 總監 Tom Jaramillo 說道，正是該公司使此次合作成為可能。

為了解決這個問題，SLAC 團隊使用真空室來更受控地將新催化劑沉積到電極上。“這種高真空工具是一種‘所見即所得’類型的方法，”Jaramillo說。“只要你的系統校準得好，原則上人們就可以很容易地重現它。”

為了確保其他人能夠復制他們的方法并將其直接應用于全尺寸燃料電池，該團隊與以色列理工學院的專家合作，他們證明了該方法在實際的燃料電池中有效。

“這個項目并不是為了在這里進行燃料電池測試而設立的，因此我們非常幸運。”該項目的斯坦福大學研究生 José Zamora Zeled?n 與達里奧·德克爾 (Dario Dekel) 和他在以色列理工學院的博士生約翰·道格林 (John Douglin) 建立了聯系，他們的目的是測試實際的燃料電池，因此這是一個非常好的資源組合，

兩個團隊共同發現，通過用更便宜的銀替代以前催化劑中使用的一些鉑族金屬，他們可以以低得多的價格實現同樣有效的燃料電池——現在他們有了一種行之有效的催化劑開發方法，借此可以開始測試更雄心勃勃的想法。

“我們可以嘗試完全不含鉑族金屬，”Jaramillo 說，他是以色列理工學院化學工程教授兼大以色列理工學院能源項目主任，他對此次合作的潛力同樣感到興奮。“這對于燃料電池的研究以及燃料電池行業的實際催化劑開發都有很大的好處，”他說。

展望未來，此類研究將決定燃料電池是否能夠發揮其潛力。燃料電池對于重型運輸和清潔能源存儲來說確實令人興奮且有趣，但最終還是要降低成本，這就是這項合作的目的。

來源：ScitechDaily