新的铁催化剂可以使氢燃料电池负担得起

几十年来，科学家们一直在寻找一种能够显着降低制造氢燃料电池成本的催化剂。这样的进步可能会引发一场绿色能源革命，从笔记本电脑到机车，一切都使用一种燃料，其唯一的副产品是水。

布法罗大学领导的新研究表明，科学家们正在向这一目标迈进。

在周四(7 月 7 日)发表在Nature Energy上的一项研究中，科学家们描述了铁如何与氮和碳结合生产出高效、耐用且廉价的催化剂——这是美国能源部 (DOE) 确定的三个主要目标用于燃料电池研究。

该研究的主要作者、UB 工程与应用科学学院化学与生物工程教授吴刚博士说：“这已经酝酿了多年。” “我们相信这是一项重大突破，最终将有助于释放氢燃料电池的巨大潜力。”

燃料电池的承诺

根据美国能源部的说法，燃料电池的工作方式与电池类似，但它们不会耗尽电力或需要充电。只要提供燃料(例如氢气)，它们就会产生电力和热量。

长期以来，它们一直吸引着科学家、环保主义者和其他人，因为与内燃机相比，它们的排放量更低或为零。并且它们可以用于广泛的应用，为车辆、发电厂、建筑物和其他系统提供电力。

但燃料电池并没有广泛商业化，因为除其他外，它们需要昂贵的催化剂来加速重要的燃料电池反应。

最好的催化剂是六种贵金属——被称为铂族金属。虽然高效且耐用，但这些金属非常昂贵，因为它们极为稀有。因此，科学家们正在寻找成本更低的替代品。

克服障碍

一种这样的替代物是铁基催化剂。铁很有吸引力，因为它丰富且便宜。但它的性能不如铂金，特别是因为它缺乏承受燃料电池内部高度腐蚀性和氧化环境的耐用性。

为了克服这一障碍，研究小组将四个氮原子与铁结合。然后，研究人员将材料嵌入几层石墨烯中，“对局部几何和化学结构进行精确的原子控制，”吴说。

所得结构是一种大大改进的催化剂。例如，研究小组报告了催化剂：

被认为是迄今为止生产的最有效的铁基催化剂，超过了美国能源部 2025 年的电流密度目标。

达到接近铂族催化剂的耐久性等级。

吴说，所有这一切都表明铁基催化剂具有使燃料电池，特别是氢燃料电池更便宜的商业用途的潜力。研究人员正在计划后续研究以进一步改进催化剂。