燃料電池催化劑又有了新進展

納米碳化鎢具有最接近於鉑的催化性能是國內外學者公認的事實，而如何將納米碳化鎢應用普及到燃料電池中，從而降低現有氫燃料電池的製造成本是各國學者努力實現的方向，誰能成為領跑者或將搶佔商業領域的先機。

10月9日，美國一家媒體報導稱，美國德拉瓦大學研究團隊經過協作努力，利用碳化鎢納米粒子，創造出更耐用，更便宜的燃料電池, 這預示著環保燃料電池製造取得了重大進展，碳化鎢有望成環保燃料電池催化劑首選材料。

德拉瓦大學(University of Delaware)，簡稱UD，位於德拉瓦州的紐華克市，毗鄰"世界化工之都"威爾明頓，是著名的"公立常青藤"院校，被卡內基教育基金會歸為特高研究型大學，在科研領域享有盛譽。

在過去的兩年中，豐田，現代和本田已經發佈了燃料電池車，而且豐田公司已經量產了一款燃料電池源車，日本和歐美國家也正積極佈局燃料電池產業，通用，寶馬，大眾等汽車製造商正緊鑼密鼓開發燃料電池原型車，如果他們的電源持續時間更長，成本更低，燃料電池車輛可以更快地進入主流。

德拉瓦大學的一個工程師團隊可以將這種可能性變成現實。他們開發了一種使燃料電池更便宜和更耐用的技術。

德拉瓦大學工程師和部門領導團隊將他們的研究團隊聚集在一起，開發出一種新型的燃料電池。

該團隊 在Nature Communications發表的一篇論文中介紹了他們的結果。作者包括能源創新催化中心的研究員  鄭偉慶，機械工程系副科學家王梁; 費登，材料科學與工程研究員 ，化學和生物分子工程研究生Stephen A.Giles ，工程校友傑伊•普拉薩德，機械工程系傑出教授兼主任; Suresh G. Advani，George W. Laird機械工程系教授; 化學與生物分子工程系傑出工程教授，工程學院研究與創業助理副院長閻珊珊，和Dionisios Vlachos，Allan和Myra Ferguson化學與生物分子工程教授，以及能源創新催化中心主任  。

清潔能源，降低成本

氫燃料電池是內燃機的綠色替代品，因為它們通過電化學反應產生電力，不會污染環境。稱為催化劑的材料促成這些電化學反應。鉑是用於車輛的燃料電池中最常見的催化劑，然而，鉑金是昂貴和稀有的，金屬的成本約為每公斤30,000美元，全世界80%的鉑產於南非。

所以，UD團隊改用碳化鎢作催化劑，每公斤約為150美元。他們能夠生產比以前的方法小得多和可擴展的碳化鎢納米顆粒。

Vlachos說：“材料通常在非常高的溫度下製作約1500°C，而在這些溫度下，其生長變大，化學反應發生的表面積很小。“我們的方法是首先製造具有高表面積的納米材料，可以在商業上與催化相關。

能源創新催化中心研究員魏慶慶，機械工程系副科學家王梁，採用聚焦離子束分析法對實驗室樣品進行了研究。

研究人員使用一系列步驟製造了碳化鎢納米粒子，包括水熱處理，分離，還原和滲碳。鄭先生說：“我們可以在工藝過程中分離單個的碳化鎢納米顆粒，並使粒徑分佈非常均勻。

接下來，研究人員將碳化鎢納米顆粒納入燃料電池的膜。稱為質子交換膜燃料電池（PEMFC）的汽車燃料電池含有聚合物膜。該膜將陰極與陽極分離，氫（H ₂）將氫（H ₂）分解成離子（質子），並將其輸送到陰極，從而匯出電流。

塑膠狀膜隨著時間的推移磨損，特別是如果經歷過多的濕/幹迴圈。這可以容易地發生，因為在燃料電池的電化學反應期間產生水和熱。當碳化鎢結合到燃料電池膜中時，其以優化性能的水準加濕膜。  

王先生說：“碳化鎢催化劑改善了燃料電池的水管理，減輕了加濕系統的負擔。

該團隊還發現，碳化鎢在降解燃料電池膜之前就會捕獲有害的自由基。因此，具有碳化鎢納米顆粒的膜將比傳統型號持續更長時間。

Prasad說：“我們開發的低成本催化劑可以併入膜內，以提高性能和功率密度。“因此，燃料電池堆的物理尺寸可以減少相同的功率，使其更輕，更便宜。此外，我們的催化劑能夠提供更高的性能而不犧牲耐用性，這是領先其他團體的類似工作的一大進步。“

UD研究團隊應用創新方法來測試用碳化鎢製成的燃料電池的耐久性。他們使用掃描電子顯微鏡和聚焦離子束獲得薄膜的薄片圖像，用軟體分析，重建膜的三維結構以確定燃料電池壽命。該集團申請了專利，希望將該技術商業化。

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