鎢鉬石墨烯將降低氫燃料電池成本

氫能源被視為 21 世紀最具發展潛力的清潔能源，世界各國都已在氫能源電池領域取得巨大進展並力爭走在前沿。但是，“清潔能源經濟”如同掛在驢子眼前的胡蘿蔔，近在眼前，卻永遠只差一步，21世紀已經過了17個年頭，氫能源仍沒有真正取代石化產品而大規模進入平民的生活。

氫能源燃料電池制取的關鍵問題是如何廉價制氫和如何低成本貯氫，由於不能有效解決這兩個問題，特斯拉、比亞迪電動汽車現在還只能以鋰電池為動力，由於鋰電池的應用似乎已到極限，特斯拉仍不斷地研究新的動力能源電池，可能是超級電容器，也可能是水解氫電池。

電解水制氫是傳統的制氫方法，制氫原理相當簡單，由浸沒在電解液中的一對電極，以及中間隔一層防止氫氣滲透的隔膜，構成水電解室。電解液一般是含有30%左右氫氧化鉀的溶液，當接通直流電後，水就分解為氫氣和氧氣。水電解制氫，技術成熟、設備簡單、不產生污染、可制得氫氣純度高、但其缺點是耗能大，制氫成本高，需要用到鉑催化劑，其成本比汽油約高一倍至二倍，沒有親民的價格何談普及。

目前國際上許多科研團隊都在科技創新，以降低能耗和成本，近日，美國賓夕法尼亞州立大學的一個科研團隊聯合中國清華大學的科研團隊，公佈了一種低本解制取氫能源燃料電池的研究成果。科學家認為，催化劑是水解氫最重要的組成部分，雖然鉑對於氫能源電池來說是最完美的催化劑，但是用鉑的價格讓人望而卻步，只有降低催化劑的成本，氫氣電池才有希望成為石化燃料的替代品。

鎢家族中的碳化鎢是目前已知替代鉑金催化劑的最有效化合物，但是多年來，碳化鎢作為電催化劑應用於電水解氫化學領域卻未能表現出與鉑相當的催化活性，隨著納米技術的發展，具有特殊功能單層材料一一進入學者們的研究範圍，納米單層二硫化鎢作為一種新型的類石墨烯材料，也被用來研究水解氫催化性能。

然而在實驗中人們發現，二硫化鎢是半導體，這限制了其傳導電子的能力。為了解決這個問題，該團隊增加了一種高度導電形式的碳氧化還原型氧化石墨烯。然後，為了進一步降低自由能，還加入二硫化鉬，形成鎢鉬和石墨烯相互交替的—二硫化鎢薄膜。通過複合，二硫化鎢薄膜從200毫伏將水分解一半所需的電壓比原來碳化鎢催化劑降低了一半。

從理論的角度來看，這意味著電水解氫電池的生產將降低一半的成本。三種納米材料結合，其催化活能性能接近或超過鉑催化劑，並且成本價格得到控制，這項成果是水解氫電池平民化的又一大突破。科學家認為，氫電池能源將加速步入人們的生活中，氫燃料電池不僅可以在為汽車提供清潔能源，還有望全面取代鋰或矽在手機，太陽能等許多領域的應用，將是更清潔、更持久，更經濟的可持續能源。

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