一種新型鉑——可以幫助燃料電池汽車迎頭趕上

在河南省鄭州市的這輛巴士是由氫燃料電池驅(qū)動的。

在為電動汽車提供動力的技術(shù)競賽中，鋰電池目前正在超過燃料電池。鋰電池越來越便宜，而燃料電池仍然受到昂貴而壽命短的鉑催化劑的阻礙。1月30日發(fā)表在Nature上的一項(xiàng)來自中國科研人員的研究成果表明，多添加一點(diǎn)鉑——盡管是一種新型鉑——可以幫助燃料電池汽車迎頭趕上。

來自中國科技大學(xué)（USTC）的一個研究團(tuán)隊(duì)的報告還顯示，中國正在趕上日本和韓國等燃料電池領(lǐng)域領(lǐng)軍者。中國的汽車制造商已經(jīng)制造了世界上大部分的電池電動車，政府也希望看到它們在燃料電池領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)英國金融時報報道，去年中央及地方政府為燃料電池汽車提供了124億美元的補(bǔ)貼。

鉑催化劑會驅(qū)動質(zhì)子交換膜燃料電池（汽車上使用的那種）內(nèi)部的核心反應(yīng)以維持電池的電路，而反應(yīng)所產(chǎn)生的水將從汽車的排氣管滴出來。中國科技大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心的路軍嶺教授表示，他們已經(jīng)找到了一種保護(hù)鉑催化劑免受無處不在的一氧化碳污染的方法。一氧化碳會與鉑緊密結(jié)合，阻礙其催化作用。

存在一氧化碳是因?yàn)榇蠖鄶?shù)氫燃料是由烴類燃料生產(chǎn)的。即使經(jīng)過成本不菲的凈化，氫燃料也含有高達(dá)千萬分之二的CO。隨著時間的推移，CO會在催化劑上積聚，減緩燃料電池的反應(yīng)，每次燃料電池汽車在寒冷的天氣里啟動時都會出現(xiàn)“中毒”雪球。“即使是最高級的氫燃料也含有微量的CO，這些CO最終會使燃料電池電極失活。”路教授說。

路教授和他的同事們通過設(shè)計一種新的催化劑找到了解決方案，這種催化劑是一種含有氧化鐵的鉑顆粒，它可以快速燃燒掉氫燃料中的CO。這種催化劑能選擇性地將CO轉(zhuǎn)化為無害的CO2，而且非常重要的是，它能在很寬的溫度區(qū)間內(nèi)工作。他們的測試證實(shí)，在-75到107攝氏度之間的溫度區(qū)間內(nèi)，CO減少了200倍；他說與之前的CO選擇性催化劑相比這是巨大的改進(jìn)?！拔墨I(xiàn)中的所有催化劑都只在室溫以上工作?！甭方淌谡f。

按路教授的設(shè)想，近期內(nèi)，他們的催化劑可以用于延長燃料電池汽車昂貴的電池堆的使用壽命。他表示，將來，機(jī)內(nèi)燃料自清潔技術(shù)可以讓人們以“所有人都能承受”的更低價格使用低等級氫燃料。

加州理工學(xué)院材料與過程模擬中心主任、燃料電池催化劑設(shè)計師William Goddard（他并未參與前面所介紹的燃料電池催化劑的研究工作）說：“他們的解決方案可能是一個很好的解決方案。這方案看起來是行得通的?！?/p>

Goddard指出，隨著制氫從化石燃料制氫轉(zhuǎn)向利用可再生能源或核能對水進(jìn)行電解制氫，CO問題最終應(yīng)該會消失。他補(bǔ)充說，盡管如此，要使燃料電池汽車具有競爭力，真正需要的是燃料電池堆中更便宜的催化劑。豐田汽車的Mirai燃料電池轎車售價高達(dá)8.5萬美元，富含鉑的電池堆是使該款轎車如此高價的一個重要因素。

中國政府似乎期待在未來十年內(nèi)達(dá)成這個目標(biāo)。其計劃要求到2030年，在中國的道路上行駛的燃料電池汽車達(dá)到100萬輛。據(jù)英國金融時報報道，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，中國政府正在為中國科技大學(xué)等國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)提供科研資金，并提供豐厚的補(bǔ)貼以刺激中國燃料電池汽車企業(yè)的發(fā)展——每輛車的補(bǔ)貼最高可達(dá)3萬美元，另外還有地方補(bǔ)貼。

在過去兩年中，有幾家中國公司購買了外國燃料電池公司的股份，并成立了合資企業(yè)以獲取先進(jìn)技術(shù)。最近，在2018年11月，中國發(fā)動機(jī)和汽車零部件制造商濰柴動力收購了加拿大燃料電池龍頭企業(yè)Ballard Power Systems百分之二十的股份。它還在另一項(xiàng)交易中收購了英國燃料電池制造商Ceres Power百分之二十的股份。

圖片來源：中科大網(wǎng)站

中科大研究人員所設(shè)計的新型催化劑的結(jié)構(gòu)模型示意圖。藍(lán)色、黃色、紅色、白色小球分別代表鉑、鐵、氧和氫原子。

中科大對這一研究成果的報道可參見：http://news.ustc.edu.cn/2019/0129/c15884a372150/page.htm。