香港科技大學研究團隊成功研發一款嶄新的氫燃料電池,這款電池不僅刷新了同類電池耐久性記錄,亦更具成本效益,有助推動綠色能源的普及化及實現碳中和目標。

利用氫及氧來發電的氫燃料電池,由於發電過程並不會產生二氧化碳、懸浮粒子及其它有機會引致環境問題的煙霧及空氣污染物,因此被視為較潔淨的電能來源。雖然氫能已發展了一段時間,但由於氫燃料電池依賴電催化劑(electrocatalyst)發電,而催化劑大多由鉑製成,這種金屬成本高昂,產量稀少,因此氫能發電始終未能大規模商業化。

科學家們一直努力尋找廉價的物質作為鉑替代品,但鐵、氮、碳等物質的催化發電效能及耐久性均欠佳。

由科大化學及生物工程學系邵敏華教授帶領的團隊,近日研發出新配方,可大幅降低鉑於催化劑的所需含量達八成。根據美國能源部就氫燃料電池持久性的測試標準,這款氫燃料電池更刷新電池發電耐久性的世界紀錄。

新型混合催化劑雖然鉑含量極低,但經過十萬次電壓循環的加速壓力測試後,催化效率仍能維持在97%;對比現時一般催化劑經過了3萬次的加速壓力測試後,效率已大跌超過五成。另一項測試結果亦顯示,氫燃料電池使用了新型混合催化劑後,能持續運作超過200小時,但催化效果也沒有出現下降。

科大化學及生物工程學系教授兼科大能源研究院院長邵敏華教授手持氫燃料電池原型。(科大提供)
科大化學及生物工程學系教授兼科大能源研究院院長邵敏華教授手持氫燃料電池原型。(科大提供)

這款催化劑的高效能,是因為它有3個不同類型的活性中心(active site) 進行催化作用,比一般只有一個活性中心的傳統催化劑為多,產生的催化作用亦較鉑催化劑高出3.7倍。理論上,催化性能愈好,燃料電池所產生的功率也會愈大。

身兼科大能源研究院院長的邵敏華表示,要建立一個碳中和的社會,採用氫燃料電池這種綠色能源轉換設備是有必要的,而面對嚴峻的氣候危機,綠色能源的應用必需進一步加強。他又指很高興這項研究成果令這個目標向前邁進一步,又感謝政府低碳綠色科研基金的支持,令團隊能繼續優化催化劑,使它可應用於氫燃料電池車及其他電化學能源產品。

此研究獲大陸科技部國家重點研發計劃、深圳市科技創新委員會及香港研究資助局撥出經費支持,有關研究內容近日刊登於期刊《Nature Catalysis》。@

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