為了讓該技術(shù)在全球更具可負擔性，圣路易斯華盛頓大學(xué)（Washington University in St. Louis）研究人員正在開發(fā)高效耐用的鐵部件，以取代更昂貴的貴金屬燃料電池部件。

日本和加利福尼亞已經(jīng)采用了氫燃料電池技術(shù)，這是一種可再生能源形式，可用于汽車以及為制造業(yè)提供清潔能源。但由于依賴鉑等貴金屬，該技術(shù)仍然昂貴。

圣路易斯華盛頓大學(xué)的工程師正在研究這一挑戰(zhàn)，尋找方法使燃料電池中普遍存在的鐵部件穩(wěn)定，以取代昂貴的鉑金屬，從而使氫燃料電池汽車更具可負擔性。

麥克凱爾維工程學(xué)院能源、環(huán)境與化學(xué)工程教授吳剛（音譯）表示：“氫燃料電池已在日本和美國加利福尼亞成功商業(yè)化。但這些車輛難以與電池車和內(nèi)燃機車競爭，成本是主要問題。”

他估計，一輛典型的售價3萬美元的燃油車，若為燃料電池車，價格可能達到7萬美元。鉑催化劑是最昂貴的部件，占燃料電池堆總成本約45%。值得注意的是，燃料電池中的貴金屬無法從規(guī)模經(jīng)濟中受益，而燃料電池動力系統(tǒng)需求的大幅上升進一步推高了鉑金屬的高價格。

在發(fā)表于《Nature Catalysis》的研究中，吳剛及其團隊概述了如何穩(wěn)定鐵催化劑以用于燃料電池，從而降低燃料電池汽車及其他小眾應(yīng)用（如低空航空和人工智能數(shù)據(jù)中心）的成本。

氫燃料電池通過氫與氧產(chǎn)生零排放電力。通過催化劑作用，這兩種元素生成水、電力和熱量，直到車載氫耗盡，同時氧氣來自無限空氣。人們可以在大型加氫站為氫燃料電池汽車加氫，就像校車車隊在同一加氫站加氫一樣，因此加氫基礎(chǔ)設(shè)施問題可被輕松解決。這是清潔能源，但車輛中使用的貴金屬會顯著增加總成本，限制其廣泛應(yīng)用。

根據(jù)環(huán)境與能源研究所，燃料電池可提取超過60%的燃料能量，而內(nèi)燃機僅回收不到20%的汽油能量。當燃料電池產(chǎn)生的熱量也用于發(fā)電時，效率可達85%。

與電池驅(qū)動汽車不同，人們無法使用家用電力為燃料電池汽車充電。因此，為這項清潔技術(shù)發(fā)展，需要經(jīng)濟且便捷的氫加注基礎(chǔ)設(shè)施。使用豐富且廉價的鐵催化劑將大大降低成本。但首先，研究人員需要使鐵在燃料電池化學(xué)環(huán)境中更加穩(wěn)定。

吳剛及其團隊通過創(chuàng)造一種氣相化學(xué)環(huán)境，在熱活化過程中穩(wěn)定鐵催化劑，這一創(chuàng)新方法在保持質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）活性充足的同時，大幅提高催化劑穩(wěn)定性。結(jié)果顯著提升了鐵催化劑的耐久性、能量密度及使用壽命。團隊選擇PEMFC是因為它最適合重型車輛，如運輸卡車、公交車和工程車輛——這些車輛通常使用集中加氫站。對于重型車隊，技術(shù)首次應(yīng)用最為經(jīng)濟高效，并隨著普及及規(guī)模效應(yīng)進一步降低成本。

吳剛表示，下一步將進一步優(yōu)化工藝，使鐵催化劑性能超過貴金屬，以滿足未來燃料電池的需求：“經(jīng)歷了幾十年的穩(wěn)定性差問題，現(xiàn)在我們能夠解決這一關(guān)鍵難題。”

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41929-026-01482-2

（素材來自：路易斯華盛頓大學(xué) 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）