美国研究人员开发出一种新型催化剂，可显著提升氢燃料电池性能与耐用性，有望应用于重型车辆和商用车队。

布鲁克海文国家实验室(美国能源部位于厄普顿的国家研究机构)的研究团队证实，通过精确的原子工程，可将催化剂寿命大幅延长，远超现有极限。经严格测试，新材料历经超90,000次操作循环，相当于卡车连续运行25,000小时，且性能仍超过当前美国能源部(DOE)目标。

该实验室化学部门研究员赵学儒博士称，研究结果为开发能驱动未来卡车和公共汽车的燃料电池系统指明了可行路径。他表示：“我们的催化剂不仅满足当前市场需求，还为在重型运输中的广泛应用奠定了基础。”

燃料电池通过氢氧结合产生电能，副产品只有水，目前已在乘用车上可靠运行，人们对其用于公共汽车、货运卡车和长途运输等重型车辆的兴趣渐浓。然而，设计出足够耐用且高效的催化剂以满足重型应用需求，是一大挑战。

布鲁克海文化学家、论文主要作者之一Kotaro Sasaki博士介绍，催化剂是使燃料电池内部电极发生化学反应的成分，通常由金属制成，能将反应化学物质聚集并降低驱动反应所需能量，但必须在高温或恶劣酸性环境等条件下反复发挥作用。

为应对挑战，研究团队发明了一种氮掺杂催化剂，由铂(Pt)、钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)和铜(Cu)精细混合而成，可保持高性能。随后，科学家用铂单层壳保护这种“高熵金属间化合物”结构。通过X射线和显微镜在原子层面观察，发现新催化剂原子结构存在微小扭曲，即“亚埃应变”。这些比单个原子宽度还小的扭曲，有助于在金属和氮之间建立牢固的键，从而提高反应性和弹性。

在重型卡车模拟测试中，新催化剂可持续循环超90,000次，相当于连续使用25,000小时，且提供的电流密度远高于DOE目标。

这一成果得益于布鲁克海文化学、物理和纳米材料部门的密切合作，以及美国能源部科学办公室用户设施的使用。赵教授在新闻稿中总结：“这是国家实验室基础研究对现实世界产生影响的清晰例证。通过揭示这种催化剂有效的原子级机制，我们为满足行业需求的实用技术打开了大门。”

聚焦产业发展方向，点击进入储能系统专题。