科學家研發低成本催化劑，氫燃料電池成本有望降低

美國威斯康辛大學麥迪遜分校（UW–Madison）近日透過低成本金屬與有機化合物，成功打造暨便宜又高效的氫燃料電池催化劑，能量輸出比傳統氫燃料電池高 20%，運作效率更比其他有機化合物燃料電池高 100 倍，有助於進一步降低氫燃料電池成本。

氫燃料電池研究至今已超過半世紀，利用氫與氧的化學變化來產生電力，不會排放任何廢氣、只會產生少量水，然而大多氫燃料電池存有成本過高或效率太低等問題，這也是現在美國只有幾千輛氫燃料車的原因之一，該技術還需要更加努力才能達到大規模使用。

在氫燃料電池中，氫氣會從燃料電池陽極進入，氧氣由陰極進入電池。其中氫原子會透過陽極催化劑分解成質子與電子，電子再經由外電路形成電流抵達陰極；氧氣、氫質子與電子則會在陰極催化劑幫助下形成水分子，兩極的催化劑可說是燃料電池的命脈之一。

但目前市面表現最佳的陽極催化劑含有貴金屬鉑，這讓氫燃料電池的成本一直以來居高不下，UW–Madison 化學教授 Shannon Stahl 表示，科學家也可以用較便宜的金屬來當作催化劑，但催化劑劑量得加大，反而讓過多催化劑附著在電極上，降低能源效率。

因此為提高氫燃料電池市場的競爭力，UW–Madison 團隊將成本較低的鈷金屬裝在氫燃料反應器（reactor）附近，就算使用大量的鈷也不會影響化學反應運作，之後再利用有機化合物醌當媒介，將電子與質子運送到反應器。

（Source：UW-Madison）

在團隊提出的方案中，醌就像一輛自小客車，可同時乘載兩個電子和質子，可將它們從陽極運送到鈷催化劑，並再返回接送更多「乘客」。該團隊也進一步利用醌衍生物改變醌類的結構，大幅延長有機化合物的壽命，減緩衰退成焦油狀物質的速度。

實驗指出，醌的連續運作時間可長達 5,000 小時，壽命與以往研究相比增加 100 多倍。Stahl 指出，雖然該技術並非最終解決方案，但團隊已提出全新的解決方法，新設計不僅讓氫燃料電池的能量輸出提高 20%，運作效率也比其他生物燃料電池高出 100 倍。

未來團隊下一步則是提高醌媒介的性能，讓他們能更有效地攜帶電子並產生更多的能量，這一研究將有助於氫燃料電池變成另一種低成本高效率技術，目前研究已發表在《Joule》。