科大研发全球最耐久的氢燃料电池

有助推动绿色能源普及化

4-07-2022
科大化学及生物工程学系教授兼科大能源研究院院长邵敏华教授手持氢燃料电池原型(prototype)

科大化学及生物工程学系教授兼科大能源研究院院长邵敏华教授手持氢燃料电池原型(prototype)

(左图)新型混合催化剂经过十万次电压循环的加速压力测试后,其催化效率仍维持在百分之97; (右图) 催化剂由原子分散的铂、单原子铁,以及铂铁合金纳米粒子组成。

(左图)新型混合催化剂经过十万次电压循环的加速压力测试后,其催化效率仍维持在百分之97; (右图) 催化剂由原子分散的铂、单原子铁,以及铂铁合金纳米粒子组成。

香港科技大学(科大)的研究团队研发了一款崭新的氢燃料电池,不仅刷新了这种电池的最高耐久性记录1,且更具成本效益,有助推动绿色能源的普及化及实现碳中和目标。

氢燃料电池利用氢及氧来发电,发电过程不会产生二氧化碳、悬浮粒子及其他有机会引致烟雾及健康问题的空气污染物,所以一直被视为较洁净的电能来源。虽然氢能对环境造成较少损害,亦已发展了一段时间,但始终未能大规模商业化。原因是氢燃料电池依赖电催化剂(electrocatalyst)发电。但催化剂一般由铂制成,这种金属不仅成本高昂,产量亦稀少。

科学家们一直努力寻找譬如铁-氮-碳等较常见而廉价的物质作为铂替代品,惟这些物质的催化发电效能兼耐久性均欠佳。

近日,由科大化学及生物工程学系邵敏华教授带领的团队,研发出一个新配方,不仅大幅降低铂于催化剂的所需含量达八成,更刷新氢燃料电池发电耐久性的世界记录。

虽然这款新型混合催化剂的铂含量极低,但经过十万次电压循环2的加速压力测试后,其催化效率仍维持在百分之97;而现时一般的催化剂经过了三万次的加速压力测试后,效率大跌逾五成。团队的另一项测试亦显示,氢燃料电池使用了新型混合催化剂后,即使持续运作超过200小时3,催化效果也没有出现下降。

催化剂效能出众,其中一个原因是它有三个不同类型的活性中心(active site) 进行催化作用,较只有一个活性中心的传统催化剂多。由原子分散的铂、单原子铁,以及铂铁合金纳米粒子所组成的新型混合催化剂,可以加快催化速度,产生的催化作用亦较铂催化剂高出3.7倍。理论上,催化性能愈好,燃料电池所产生的功率也会愈大。

身兼科大能源研究院院长的邵教授表示﹕「要建立一个碳中和的社会,采用氢燃料电池这种绿色能源转换设备是有必要的。面对严峻的气候危机,绿色能源的应用必需进一步加强。我很高兴这个研究成果有助我们向这个目标迈进一步。感谢政府低碳绿色科研基金的支持,我们将继续优化催化剂,令它可应用于氢燃料电池车及其他电化学能源产品。」

研究获科技部国家重点研发计划、深圳市科技创新委员会及香港研究资助局拨出经费支持,有关研究内容近日刊登于期刊《Nature Catalysis》。

 

1根据美国能源部就氢燃料电池持久性的测试标准
2把电压值设于0.6V保持三秒,其后再把电压值加大至0.9V再保持三秒为一次循环
3电压值设于0.6V

传媒查询:
林淑媛                
电话﹕2358 6313
电邮﹕anitalam@ust.hk 
   
王敬莲
电话﹕2358 6306/ 5190 7882
电邮﹕lindywong@ust.h

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