美国实验室研发燃料电池催化剂 有望为重型车辆提供动力

盖世汽车讯 据外媒报道，美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，简称BNL）的科学家发现了一种新的催化剂配方，可以显著提高燃料电池汽车的性能和耐用性，尤其是卡车和其他需要额外动力的重型车辆。这项研究的相关论文发表在期刊《自然-通讯（Nature Communications）》上，标志着氢燃料电池技术在商用车队应用方面迈出了重要一步，而商用车队对长续航、高功率解决方案的需求最为迫切。

图片来源：期刊《自然-通讯》

燃料电池是一种能够利用多种燃料发电的装置。当燃料电池使用氢气和氧气时，唯一副产物是水。虽然目前的燃料电池在乘用车中运行良好，但业界对采用燃料电池高效驱动重型车辆（如公共汽车、货运卡车和长途运输车辆）的兴趣日益浓厚。最大的挑战之一是设计出足够坚固高效的催化剂，以满足此类重型应用的额外需求。

布鲁克海文国家实验室化学家Kotaro Sasaki与化学部的Xueru Zhao共同领导了这项研究。Kotaro表示：“催化剂是使燃料电池内部电极发生化学反应的成分。”

这些材料通常由金属制成，可以将反应化学物质聚集在一起，降低反应所需的能量。但催化剂必须能够在高温或强酸性环境等严苛条件下反复发挥这一功能。此次的研究重点是设计一种能够在这些严苛条件下保持高性能的催化剂。

该研究团队设计了一种新型氮掺杂催化剂，由五种金属（铂、钴、镍、铁和铜）精心调制而成。这种“高熵金属间化合物”材料因在有序的原子结构中包含多种元素而得名，其稳定性极佳，使其成为极端环境下应用的有力候选材料。

研究人员利用布鲁克海文国家实验室的国家同步辐射光源II (NSLS-II)和凝聚态物理与材料科学部（Condensed Matter Physics and Materials Science Department）的X射线和显微镜技术，在原子层面上放大观察这种材料，发现这种新型催化剂的原子结构存在微小的扭曲，部分原因是他们所说的“亚埃应变（sub-angstrom strain）”。这些原子位置的细微变化（测量值远小于单个原子的宽度）加上金属和氮原子之间的强键，使得这种催化剂既具有高活性，又异常耐用。

创纪录的性能

在模拟重型卡车运行的严格测试中，新型催化剂在超过9万次运行循环（相当于连续运行2.5万小时）中保持了优异的性能，产生的电流密度远高于美国能源部（DOE）设定的目标。这项成就是美国能源部推进燃料电池技术发展计划的一部分，旨在推动该技术商业化应用于重型车辆和其他领域。

Zhao表示：“这些结果展示了一条构建可为未来卡车与公交车供能的燃料电池系统的实用路径。我们的催化剂不仅满足了当前的市场需求，还为其在重型运输中的广泛应用奠定了基础。”