隨著全球向可再生能源的轉(zhuǎn)變勢頭強勁，出現(xiàn)了一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)：如何在太陽能和風(fēng)能不可用的時期有效儲存能源。通過合作研究實現(xiàn)的氫燃料電池技術(shù)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(jīng)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(xué)和豐田研究院 (TRI) 的基礎(chǔ)研究，氫燃料電池這一領(lǐng)先的競爭者剛剛獲得了巨大的推動，斯坦福大學(xué)和以色列理工學(xué)院合作開發(fā)出一種燃料電池裝置，該研究最近已轉(zhuǎn)化為實踐。

SLAC 和斯坦福大學(xué)聯(lián)合 SUNCAT 界面科學(xué)與催化中心的副科學(xué)家 Michaela Burke Stevens 表示：“氫燃料電池在能量存儲和轉(zhuǎn)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(xué)反應(yīng)，從而使系統(tǒng)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(xué)成分進行如此根本性的改變是一項艱巨的挑戰(zhàn)：科學(xué)家經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在他們的小型實驗室設(shè)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(guān)鍵是簡化將催化劑添加到電池電極上的化學(xué)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(xué)家通常將催化劑混合到液體中，然后將其鋪展到網(wǎng)狀電極上，但這些催化劑配方在不同的實驗室環(huán)境中使用不同的工具并不總是以相同的方式發(fā)揮作用，這使得將工作轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實世界的應(yīng)用變得困難。“濕化學(xué)工藝對于實驗室條件而言并不是特別有彈性，”SUNCAT 總監(jiān) 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(tǒng)校準得好，原則上人們就可以很容易地重現(xiàn)它。”

為了確保其他人能夠復(fù)制他們的方法并將其直接應(yīng)用于全尺寸燃料電池，該團隊與以色列理工學(xué)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(shè)立的，因此我們非常幸運。”該項目的斯坦福大學(xué)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(xué)院的博士生約翰·道格林 (John Douglin) 建立了聯(lián)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(fā)現(xiàn)，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(xiàn)同樣有效的燃料電池——現(xiàn)在他們有了一種行之有效的催化劑開發(fā)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(xué)院化學(xué)工程教授兼大以色列理工學(xué)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(yè)的實際催化劑開發(fā)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(fā)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