鉑替代品或可研發(fā)更便宜的燃料電池

眾所周知，鉑很昂貴，也是電動(dòng)汽車其中一種能源－氫燃料電池得以大規(guī)模應(yīng)用的嚴(yán)重障礙之一，因?yàn)闅?span>燃料電池需要使用鉑。但是，據(jù)外媒報(bào)道，美國普林斯頓大學(xué)（Princeton University）生物和化學(xué)工程系教授Bruce E． Koel領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功尋找了一種更便宜的鉑材料替代品。研究人員表示，找到了一種以鉿為基礎(chǔ)的化合物，工作效率約是鉑材料的60％，但是成本卻僅為鉑材料的五分之一左右。

燃料電池的工作原理是將存儲(chǔ)在氫原子中的能量直接轉(zhuǎn)化為電能。美國宇航局（NASA）長期以來，一直使用燃料電池為衛(wèi)星以及其他太空任務(wù)提供動(dòng)力，現(xiàn)在也開始用于電動(dòng)汽車和公共汽車。氫是星球和宇宙中最簡(jiǎn)單、最豐富的元素。

從最基本的來說，燃料電池通過將氫分裂成質(zhì)子和電子來發(fā)電。質(zhì)子流過膜與氧氣結(jié)合形成水，帶負(fù)電荷的電子流向燃料電池中帶正電荷的電極，電子的流動(dòng)就是燃料電池產(chǎn)生的電流，能為發(fā)動(dòng)機(jī)或其他電子設(shè)備提供動(dòng)力，但是分裂過程需要鉑等材料作為催化劑。

催化劑也用在以氫氣為燃料的燃料電池上，以產(chǎn)生氫氣。在最理想、無化石燃料的情況下，可再生電能可在催化劑的幫助下分裂水分子（兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子），將水分解成氧氣和氫氣，而且催化劑的效率越高，分解水所需的能量就越少。

有些先進(jìn)的燃料電池，即可再生燃料電池就結(jié)合了上述兩種反應(yīng)。但是，目前大多數(shù)燃料電池依賴由獨(dú)立系統(tǒng)產(chǎn)生的氫，變成氫燃料電池。然而，目前上述兩種反應(yīng)的最佳催化劑都是鉑族貴金屬。研究人員認(rèn)為鉑很完美，鉑族貴金屬可快速、高效催化化學(xué)反應(yīng)，提取氫氣，而且此類金屬能夠承受此類反應(yīng)所需的苛刻的酸性條件。

然而問題在于鉑既稀少又很昂貴，不過，研究人員覺得用于電動(dòng)汽車等的氫燃料電池并不需要鉑這種完美的材料。研究人員發(fā)現(xiàn)，氫氧化鉿是一種很好的替代品，利用氮等離子體（等離子體是一種電離氣體，可在熒光燈和太陽中找到的一種物質(zhì)狀態(tài)）進(jìn)行處理，可以將氮原子吸入該材料。

此前，由于許多材料不具導(dǎo)電性因而遭到忽視。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，用氮等離子體處理氧化鉿會(huì)形成一層薄膜材料，此薄膜可以作為一種高活性催化劑，在強(qiáng)酸條件下也可存活。雖然此種以鉿為基礎(chǔ)的薄膜的效率只有鉑的三分之二左右，但是價(jià)格卻要便宜的多。研究人員計(jì)劃下一步測(cè)試鋯，因?yàn)殇喐阋恕?/p>

雖然此種材料非常適合用于燃料電池，但是研究人員認(rèn)為，此類材料在利用催化劑電化學(xué)分解水以產(chǎn)氫作為燃料的系統(tǒng)中最有價(jià)值。而且研究人員強(qiáng)調(diào)，該發(fā)現(xiàn)無法在不久的將來實(shí)現(xiàn)價(jià)格低廉的新技術(shù)商業(yè)化。目前，制作該材料的過程非常復(fù)雜，而且僅限于實(shí)驗(yàn)室。雖然他們已經(jīng)確定了此類薄膜的性能，但是還是需要考慮到量產(chǎn)此類材料所需的工程技術(shù)。不過，該研究為進(jìn)一步探索鉑替代材料打開了大門。

作者余秋云