当你在加油站为燃油车加油时，或许很少想到：未来的“加油”可能变成“加氢气”——氢燃料电池和锌空电池，正是实现这一愿景的核心技术。但它们的推广却卡在一个“贵”字上：核心催化剂依赖铂（Pt），而铂的价格高达约500元/克，占电池成本的40%以上。最近，我国南京工业大学团队在《Frontiers in Energy》上发布的研究，为这一难题找到了“破局点”——他们开发出一种铂用量仅1.79%的催化剂，性能却远超传统铂碳催化剂（Pt/C），让“氢能源车”离普及更近一步。

传统铂催化剂“又贵又难用”，新方案如何“省铂增效”？

在氢燃料电池和锌空电池中，氧还原反应（ORR）是关键环节——氧气在阴极得电子生成水或氢氧根，直接决定了电池的效率和寿命。目前最有效的催化剂是铂基材料，但问题很突出：

• 成本高：商用铂碳催化剂的铂含量通常在10%以上，一块电池可能需要“烧钱”；
• 寿命短：铂颗粒容易团聚、溶解，长期使用后性能骤降；
• 效率低：部分铂颗粒被碳载体“埋”住，实际参与反应的不足50%。

新催化剂的巧妙之处在于“双管齐下”：团队先用聚苯胺（PANI）当“脚手架”，在其表面均匀锚定铁-氮-碳（Fe-N-C）位点，再吸附铂离子形成Pt-Fe双金属合金。简单来说，Fe-N-C位点像“分散剂”，把铂颗粒“摊薄”在表面，避免团聚；同时，铁和铂之间的电子相互作用，相当于给铂“充能”，提升其催化活性。最终，催化剂的铂含量仅1.79%（约是传统催化剂的1/5），却实现了更高的性能。

效果有多强？数据“说话”超预期

实验结果给出了直观答案：

• 活性翻倍：在碱性环境中，新催化剂的质量活性（单位质量铂的催化能力）是商用Pt/C的2.39倍；酸性环境中也达到2.11倍，真正实现了“少用铂但干更多活”。
• 更耐“折腾”：经过1万次加速耐久性测试（模拟长期使用），其半波电位（衡量催化活性的关键指标）仅下降20mV，而Pt/C下降了40mV；3万秒持续工作后，仍保留90%的初始电流，远超Pt/C的76%。
• 电池性能更优：用它组装的锌空电池，峰值功率密度达到200 mW/cm²（传统Pt/C为175 mW/cm²），放电时间更长——在10 mA/cm²的电流下，能稳定工作17小时，比Pt/C多了近一倍。

未来还有哪些“关卡”？

尽管性能亮眼，新催化剂仍有优化空间。比如，其半波电位（0.85V）略低于部分高铂催化剂（如0.925V），长期大规模应用时的稳定性还需验证；此外，合成工艺的成本控制（如聚苯胺的制备步骤）也需要进一步简化。

团队表示，下一步将探索用更廉价的碳源（如生物质）替代部分原料，同时通过机器学习预测最优的Fe-N-C位点分布，进一步提升铂的利用率。“如果能把铂含量降到1%以下，氢电池的成本有望再降30%，真正进入‘平民化’阶段。”论文作者提到。

从实验室到产业化，这条路或许还很长，但至少，这项研究让“用更少铂、造更好电池”的目标，从“可能”变成了“可行”。

来源: FIE能源前沿期刊