一种新型铂——可以帮助燃料电池汽车迎头赶上

在河南省郑州市的这辆巴士是由氢燃料电池驱动的。

在为电动汽车提供动力的技术竞赛中，锂电池目前正在超过燃料电池。锂电池越来越便宜，而燃料电池仍然受到昂贵而寿命短的铂催化剂的阻碍。1月30日发表在Nature上的一项来自中国科研人员的研究成果表明，多添加一点铂——尽管是一种新型铂——可以帮助燃料电池汽车迎头赶上。

来自中国科技大学（USTC）的一个研究团队的报告还显示，中国正在赶上日本和韩国等燃料电池领域领军者。中国的汽车制造商已经制造了世界上大部分的电池电动车，政府也希望看到它们在燃料电池领域占据主导地位。据英国金融时报报道，去年中央及地方政府为燃料电池汽车提供了124亿美元的补贴。

铂催化剂会驱动质子交换膜燃料电池（汽车上使用的那种）内部的核心反应以维持电池的电路，而反应所产生的水将从汽车的排气管滴出来。中国科技大学合肥微尺度物质科学国家研究中心的路军岭教授表示，他们已经找到了一种保护铂催化剂免受无处不在的一氧化碳污染的方法。一氧化碳会与铂紧密结合，阻碍其催化作用。

存在一氧化碳是因为大多数氢燃料是由烃类燃料生产的。即使经过成本不菲的净化，氢燃料也含有高达千万分之二的CO。随着时间的推移，CO会在催化剂上积聚，减缓燃料电池的反应，每次燃料电池汽车在寒冷的天气里启动时都会出现“中毒”雪球。“即使是最高级的氢燃料也含有微量的CO，这些CO最终会使燃料电池电极失活。”路教授说。

路教授和他的同事们通过设计一种新的催化剂找到了解决方案，这种催化剂是一种含有氧化铁的铂颗粒，它可以快速燃烧掉氢燃料中的CO。这种催化剂能选择性地将CO转化为无害的CO2，而且非常重要的是，它能在很宽的温度区间内工作。他们的测试证实，在-75到107摄氏度之间的温度区间内，CO减少了200倍；他说与之前的CO选择性催化剂相比这是巨大的改进。“文献中的所有催化剂都只在室温以上工作。”路教授说。

按路教授的设想，近期内，他们的催化剂可以用于延长燃料电池汽车昂贵的电池堆的使用寿命。他表示，将来，机内燃料自清洁技术可以让人们以“所有人都能承受”的更低价格使用低等级氢燃料。

加州理工学院材料与过程模拟中心主任、燃料电池催化剂设计师William Goddard（他并未参与前面所介绍的燃料电池催化剂的研究工作）说：“他们的解决方案可能是一个很好的解决方案。这方案看起来是行得通的。”

Goddard指出，随着制氢从化石燃料制氢转向利用可再生能源或核能对水进行电解制氢，CO问题最终应该会消失。他补充说，尽管如此，要使燃料电池汽车具有竞争力，真正需要的是燃料电池堆中更便宜的催化剂。丰田汽车的Mirai燃料电池轿车售价高达8.5万美元，富含铂的电池堆是使该款轿车如此高价的一个重要因素。

中国政府似乎期待在未来十年内达成这个目标。其计划要求到2030年，在中国的道路上行驶的燃料电池汽车达到100万辆。据英国金融时报报道，为实现这一目标，中国政府正在为中国科技大学等国内研究机构提供科研资金，并提供丰厚的补贴以刺激中国燃料电池汽车企业的发展——每辆车的补贴最高可达3万美元，另外还有地方补贴。

在过去两年中，有几家中国公司购买了外国燃料电池公司的股份，并成立了合资企业以获取先进技术。最近，在2018年11月，中国发动机和汽车零部件制造商潍柴动力收购了加拿大燃料电池龙头企业Ballard Power Systems百分之二十的股份。它还在另一项交易中收购了英国燃料电池制造商Ceres Power百分之二十的股份。

图片来源：中科大网站

中科大研究人员所设计的新型催化剂的结构模型示意图。蓝色、黄色、红色、白色小球分别代表铂、铁、氧和氢原子。

中科大对这一研究成果的报道可参见：http://news.ustc.edu.cn/2019/0129/c15884a372150/page.htm。