悉尼新南威尔士大学的科学家正在研究提高氢燃料电池效率和成本的方法，以增加获得清洁燃料的机会。

氢已被定位为脱碳未来竞赛的关键参与者，但尽管其潜力巨大，其商业化之路却进展缓慢。

新南威尔士大学化学学院的赵川教授、QuentinMeyer博士和刘世阳先生等科学家正在努力解决几个因素，以提高氢燃料电池的商业可行性。

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构成氢燃料电池的一些关键元素存在成本和资源问题，其中包括铂，这种材料通常用作激活过程所需的催化剂。创造铂催化剂的替代品至关重要。

“铂金总是很贵，因为铂金的数量不多，”赵教授说。“因此，我们需要探索替代方案，同时提供一种快速简便的方法来测量这些新材料在氢燃料电池中的工作情况。”

在《能源与环境科学》杂志上发表的一项研究中，赵教授的团队开发了一种新工艺来测试铂替代品的耐用性和稳定性，这将为氢燃料电池的成本友好型选择提供新的见解。

氢燃料电池案例

氢燃料电池作为19世纪开发的绿色能源，利用化学反应将氢分解成质子和电子，产生电力和水。

“本质上，你有两侧——阳极和阴极。你将氢气放在一侧(阳极)，将氧气放在另一侧(阴极)，并添加催化剂来使这两种反应发生，”迈耶博士说。“一个反应是将氢分裂成质子和电子，然后另一侧氧化氧气。质子和电子在阴极与氧气发生反应，产生水和电。”

氢燃料电池技术与电池之间的主要区别在于，不需要给氢燃料电池充电。不用汽油泵，只需一个氢气泵，氢燃料电池汽车只需三分钟即可加满燃料。

该过程不仅被认为是一种清洁能源，仅产生水作为副产品，而且是可持续的。氢本身是一种非常丰富的元素，虽然它不是天然存在的，但可以从水中提取。

成本问题

赵教授说：“我们面临着‘先有鸡还是先有蛋’的问题，即我们没有足够的氢气进行加工，也没有足够的地方在提取氢气后使用氢气。”“因此，当我们开始生产更多的氢气和更多的燃料电池时，两者都会变得更便宜。”

另一个关键问题是催化剂的成本。构成燃料电池重要中间层的铂金价格在每公斤45,000澳元到100,000澳元之间。

“一种方法是使用铂替代品，例如铁，每公斤成本仅为0.1澳元左右，”刘先生说，“一种特别有前景的材料是铁-氮-碳，也称为Fe-NC。”

然而，这些新的铂替代品目前尚未广泛使用，因为它们不如铂稳定，并且在氢燃料电池中分解速度更快。“虽然铂基燃料电池可以持续长达40,000小时(约四年半)，但铁氮碳材料在最好的情况下只能运行长达300小时(约两周)，“迈耶博士说。

该领域的进展缓慢，因为寻找替代品并测试其耐用性是一个漫长且昂贵的过程。“例如，创造一种新的氢燃料电池催化剂可能需要长达一年的时间，甚至需要更长的时间才能使用难以获得的昂贵设备来准确了解正在发生的情况，”迈耶博士说。

开发稳定性分析方法

对于赵教授、Meyer博士和他们的团队来说，解决该领域现有问题的答案是开发一种方法，让您了解为什么某些催化剂材料不如铂稳定。

“使用我们在实验室测试的三种新颖方法，我们可以快速弄清楚我们的无铂燃料电池的稳定性，最重要的是了解原因。其他实验室的科学家可以轻松采用这种方法，以快速准确地了解他们的燃料电池和催化剂的效率，”赵教授说。

利用这些技术，研究小组发现，由于铁活性位点的丢失，在燃料电池运行的前10小时内，高达75%的铁基活性位点(反应发生的特定位置)变得不活跃。随后碳腐蚀成为主要的降解机制。

“这尤其重要，因为我们可以准确地查明正在发生的情况以及发生的时间。如果我们开发出一种具有更稳定活性位点的材料，我们应该会在前10小时内看到较慢的衰减，而碳腐蚀可能会出现类似的情况。趋势，”迈耶博士说。

“通过精确跟踪降解机制，我们预计该研究领域将能够制造出针对这些稳定性问题的新材料。因此，我们相信我们的方法将有助于提高无铂催化剂的稳定性，并为该领域带来新的机遇。”更光明的未来。”

下一步

虽然这是氢燃料电池领域的重要一步，但赵教授、Meyer博士和他们的团队已经把目光投向了下一个目标。

“我们正在开发一种催化剂，我们将不同的金属结合起来以提高催化剂的稳定性，”赵教授说。“使用我们在这里开发的工艺，我们能够快速、可靠地了解这些低成本非铂催化剂的稳定性。这让我们获得了一些令人兴奋的结果，了解正在发生的事情。”

该团队还致力于研究如何提高低成本、无铂氢燃料电池催化剂的可扩展性，从实验室到可用于为实际设备提供动力的产品，并有一天为我们的道路运输提供动力。