在全球能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題日益凸顯的當(dāng)下，氫燃料電池作為一種高效、清潔且無(wú)碳的發(fā)電裝置，正逐漸成為推動(dòng)可持續(xù)能源發(fā)展的關(guān)鍵力量。

然而，氫燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程卻比較緩慢，燃料電池的應(yīng)用和廣泛采用需要建立全面的基礎(chǔ)設(shè)施，這需要大量財(cái)政投資且短期難保收益；同時(shí)，燃料電池是復(fù)雜的工程設(shè)備，相應(yīng)的組件仍然相當(dāng)昂貴；此外，還受到鉑基催化劑成本高昂、資源有限等因素的制約。

隨著PROMETHEUS R&D科研人員對(duì)催化劑的深入研究與創(chuàng)新，新型的鉑鈀碳催化劑應(yīng)運(yùn)而生，活性幾乎是市售鉑碳催化劑的兩倍，而成本卻大幅下降。

PROMETHEUS RD聯(lián)合創(chuàng)始人 Guterman教授

氫燃料電池商業(yè)化的局限性

氫能作為一種新型能源，具有清潔、高效、可再生等諸多優(yōu)點(diǎn)，被視為解決全球氣候和環(huán)境問(wèn)題的關(guān)鍵所在。氫燃料電池通過(guò)氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能，其過(guò)程不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放，且能量轉(zhuǎn)換效率極高。因此，氫燃料電池在交通、電力、航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

然而，燃料電池（特別是質(zhì)子交換膜燃料電池）屬于復(fù)雜的工程設(shè)備。此類(lèi)燃料電池的組件仍然相當(dāng)昂貴，但制造技術(shù)也在不斷改進(jìn)。

在氫燃料電池的實(shí)際應(yīng)用中，鉑基催化劑扮演著至關(guān)重要的角色。鉑是一種稀有且昂貴的貴金屬，具有優(yōu)異的催化活性，使得氫燃料電池的陰極氧化還原反應(yīng)得以高效進(jìn)行。然而，市售鉑碳催化劑存在諸多局限性。

一方面，是資源有限、成本高昂。鉑的儲(chǔ)量有限，且分布不均，難以滿(mǎn)足氫燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的需求。由于稀少，鉑的價(jià)格昂貴，導(dǎo)致氫燃料電池的制造成本居高不下，嚴(yán)重制約了其商業(yè)化進(jìn)程。

另一方面，是穩(wěn)定性問(wèn)題。市售鉑碳催化劑在長(zhǎng)期使用過(guò)程中容易發(fā)生物理和功能降解，導(dǎo)致催化活性下降，影響氫燃料電池的性能和壽命。

新型鉑鈀碳催化劑有何優(yōu)勢(shì)？

為了克服市售鉑碳催化劑的局限性，科學(xué)家和技術(shù)人員正在不斷尋找新的解決方案；改進(jìn)包括燃料電池在內(nèi)的整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施中氫技術(shù)的過(guò)程正在進(jìn)行，而且相當(dāng)成功。目前，PROMETHEUS R&D公司正在努力減少燃料電池催化劑和催化層中貴金屬的用量來(lái)大幅降低成本，同時(shí)提高其活性和耐久性。

PROMETHEUS R&D公司成立于2017年底，公司成立之前，在低溫燃料電池電催化劑領(lǐng)域擁有10年的研究經(jīng)驗(yàn)。

據(jù)悉，這種催化劑采用液相合成法制備而成，通過(guò)精確控制催化劑的組成和微觀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)催化劑性能的優(yōu)化。目前，該公司開(kāi)發(fā)的鉑鈀碳電催化劑與市售的鉑碳電催化劑相比，在電化學(xué)電池測(cè)試和燃料電池膜電極組件內(nèi)的催化層中都表現(xiàn)出了更加優(yōu)越的性能。

新型鉑鈀碳催化劑的優(yōu)越性能主要體現(xiàn)在以下三方面：

高活性：鉑鈀碳催化劑在氧電還原反應(yīng)中的活性幾乎是市售鉑碳催化劑的兩倍。這意味著在相同的鉑載量下，新型催化劑能夠提供更高的催化效率，從而提升氫燃料電池的整體性能。

高穩(wěn)定性：新型鉑鈀碳催化劑在穩(wěn)定性方面與市售鉑碳催化劑HiSpec4000相當(dāng)，但電化學(xué)活性表面積卻大了30%。這意味著新型催化劑在保持穩(wěn)定性的同時(shí)，具有更大的反應(yīng)活性表面積，有利于提高催化效率。

成本低廉：由于采用了鈀替代部分鉑的策略，新型鉑鈀碳催化劑的成本相對(duì)較低。這有助于降低氫燃料電池的制造成本，推動(dòng)其商業(yè)化進(jìn)程。

在實(shí)際測(cè)試中，使用該催化劑的膜電極組件的最大比功率比市售鉑碳催化劑高20-30%。這一顯著提升表明新型催化劑在提高氫燃料電池能量轉(zhuǎn)換效率方面具有巨大潛力。

這些性能數(shù)據(jù)充分證明了新型鉑鈀碳催化劑在氫燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的進(jìn)一步降低，新型鉑鈀碳催化劑有望取代傳統(tǒng)的純鉑催化劑，成為氫燃料電池領(lǐng)域的主流選擇。

加速氫燃料電池商業(yè)化

在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，PROMETHEUS R&D公司目前正在試圖開(kāi)發(fā)具有同樣效果但其組成中含有更高比例鈀的催化劑的合成技術(shù)。并且，不斷探索和優(yōu)化新型鉑鈀碳催化劑的制備工藝，通過(guò)改進(jìn)合成方法、調(diào)整催化劑組成和微觀結(jié)構(gòu)等措施，進(jìn)一步提高催化劑的活性、穩(wěn)定性和成本效益。

好消息是，PROMETHEUS R&D公司希望在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)和未來(lái)開(kāi)發(fā)的鉑鈀碳催化劑的商業(yè)應(yīng)用。目前，PROMETHEUS R&D與合作伙伴一起對(duì)這些催化劑進(jìn)行全面測(cè)試，以清楚地了解可以發(fā)揮此類(lèi)催化劑優(yōu)勢(shì)的條件。

其次，該公司迄今為止獲得的材料都是原型材料。因而需要建立一種更具可擴(kuò)展性的生產(chǎn)技術(shù)，這在一定程度上取決于對(duì)此類(lèi)催化劑的需求。目前該公司正在燃料電池和電解槽的氫電極上測(cè)試鉑鈀碳催化劑，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果有望帶來(lái)驚喜。

值得一提的是，PROMETHEUS R&D有計(jì)劃與中國(guó)科學(xué)家開(kāi)展聯(lián)合研究。該公司的Guterman教授與中國(guó)科學(xué)家有合作的愉快經(jīng)歷，與中國(guó)科學(xué)家開(kāi)展聯(lián)合研究的計(jì)劃。他特別提到了與上海同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院的林瑞教授合作進(jìn)行的科研項(xiàng)目，并計(jì)劃在2025年提交中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和俄羅斯科學(xué)基金會(huì)合作項(xiàng)目的提案。

在商業(yè)化應(yīng)用方面，雖然目前還沒(méi)有與生產(chǎn)催化劑或燃料電池的中國(guó)商業(yè)公司的合作。不過(guò)作為一家生產(chǎn)世界一流電催化劑的公司，但PROMETHEUS R&D正在積極尋找有興趣進(jìn)行此類(lèi)合作的中國(guó)合作伙伴。

后記

新型鉑鈀碳催化劑的成功研發(fā)與應(yīng)用標(biāo)志著氫燃料電池技術(shù)取得了重要突破。這種催化劑不僅具有高活性、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而且成本相對(duì)較低，有望推動(dòng)氫燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程。

展望未來(lái)，隨著科研人員對(duì)氫燃料電池技術(shù)的不斷深入研究和創(chuàng)新，氫燃料電池將在未來(lái)能源領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，國(guó)內(nèi)氫燃料電池公司有望迎來(lái)新發(fā)展階段。