在全球能源危機(jī)與環(huán)境問題日益凸顯的當(dāng)下，氫燃料電池作為一種高效、清潔且無碳的發(fā)電裝置，正逐漸成為推動可持續(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)境問題的關(guān)鍵所在。氫燃料電池通過氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能，其過程不產(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。鉑的儲量有限，且分布不均，難以滿足氫燃料電池大規(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)定性問題。市售鉑碳催化劑在長期使用過程中容易發(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？

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，通過精確控制催化劑的組成和微觀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對催化劑性能的優(yōu)化。目前，該公司開發(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較低。這有助于降低氫燃料電池的制造成本，推動其商業(yè)化進(jìn)程。

在實(shí)際測試中，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，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)開發(fā)和未來開發(fā)的鉑鈀碳催化劑的商業(yè)應(yīng)用。目前，PROMETHEUS R&D與合作伙伴一起對這些催化劑進(jìn)行全面測試，以清楚地了解可以發(fā)揮此類催化劑優(yōu)勢的條件。

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此類催化劑的需求。目前該公司正在燃料電池和電解槽的氫電極上測試鉑鈀碳催化劑，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果有望帶來驚喜。

值得一提的是，PROMETHEUS R&D有計(jì)劃與中國科學(xué)家開展聯(lián)合研究。該公司的Guterman教授與中國科學(xué)家有合作的愉快經(jīng)歷，與中國科學(xué)家開展聯(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年提交中國國家自然科學(xué)基金委員會和俄羅斯科學(xué)基金會合作項(xiàng)目的提案。

在商業(yè)化應(yīng)用方面，雖然目前還沒有與生產(chǎn)催化劑或燃料電池的中國商業(yè)公司的合作。不過作為一家生產(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)行此類合作的中國合作伙伴。

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)，而且成本相對較低，有望推動氫燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程。

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