當今大部份的燃料電池是從天然氣中擷取氫氣的方式進行充電,這種方式極具效率,但必須使用石化燃料。事實上,燃料電池也能以電解質(將水分解成氧和氫)進行充電,但其速度太慢,導致大部份的應用仍只得使用天然氣。

如今,美國能源部(DoE)西北太平洋國家實驗室(Pacific Northwest National Laboratory;PNNL)利用水混合質子離子液體的方式——類似於有機蛋白在酶中的工作原理,讓氫的生產過程加速了1,000倍,從而使電動車(EV)的燃料電池能在90秒內完全充電。

這項研究的主題是「透過催化劑結構動態控制質子傳送」(Controlling Proton Delivery through Catalyst Structural Dynamics);而其新發現的關鍵在於一種低廉的鎳基催化劑,它能夠加速執行整個過程。

「鎳催化劑是一種可溶解於粘性液體中的分子複合物,這種粘性液體本身也是一種質子離子液體,」PNNL首席研究員Molly O'Hagan解釋,「相較於這種轉換過程中經常使用鉑作為催化劑的方式,鎳是一種更豐富且易於取得的金屬。」

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美國西北太平洋國家實驗室的整體計劃目標是在不久的將來終結對於化石燃料的需求(來源:PNNL)

當以鎳取代鉑時,其缺點在於需要更多的能量輸入才能產生氫燃料,然而,所幸其過程只需先前使用鎳催化劑所需時間的一小部份,就能從低廉的液體中實際合成氫氣。

O'Hagan強調,「這種催化劑使用電子和質子,可迅速製造氫燃料。」

然而,可別指望電動車馬上就能開始支援90秒充飽燃料電池。O'Hagan表示甚至都還無法為EV 製造商提供工作原型。然而,該研究團隊目刖正日以繼夜地降低為該催化劑上電所需的能量,從而使其達到90秒充飽電量的目標,以及確認是否可能出現妨礙最終成功的基本工程錯誤。

O'Hagan總結說,「我們的基本研究著重於了解如何降低能量輸入,而不至於使其失去快速的優點。我們發現,控制質子傳遞是實現快速而不至於損耗能效的關鍵。對於基本的瞭解將有助於提供工具,以利於未來開發快速且高效的催化劑。」

20170206 catalyst NT01P1 受到自然界的啟發,西北太平洋國家實驗室化學家Molly O'Hagan探索各種不同的催化劑,尋找一種能快速且有效地將水轉化成燃料的催化劑

目前,氫的生產速率可達到每秒4,500萬個分子。

美國能源部科學辦公室為這項研究提供贊助。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Hydrogen Fuel Cells: DOE Finds Faster, Cheaper Catalyst,by R. Colin Johnson)