让氢燃料电池不再昂贵，华盛顿大学化工团队提升铁催化剂稳定性

为了让该技术在全球更具可负担性，圣路易斯华盛顿大学（Washington University in St. Louis）研究人员正在开发高效耐用的铁部件，以取代更昂贵的贵金属燃料电池部件。

日本和加利福尼亚已经采用了氢燃料电池技术，这是一种可再生能源形式，可用于汽车以及为制造业提供清洁能源。但由于依赖铂等贵金属，该技术仍然昂贵。

圣路易斯华盛顿大学的工程师正在研究这一挑战，寻找方法使燃料电池中普遍存在的铁部件稳定，以取代昂贵的铂金属，从而使氢燃料电池汽车更具可负担性。

麦克凯尔维工程学院能源、环境与化学工程教授吴刚（音译）表示：“氢燃料电池已在日本和美国加利福尼亚成功商业化。但这些车辆难以与电池车和内燃机车竞争，成本是主要问题。”

他估计，一辆典型的售价3万美元的燃油车，若为燃料电池车，价格可能达到7万美元。铂催化剂是最昂贵的部件，占燃料电池堆总成本约45%。值得注意的是，燃料电池中的贵金属无法从规模经济中受益，而燃料电池动力系统需求的大幅上升进一步推高了铂金属的高价格。

在发表于《Nature Catalysis》的研究中，吴刚及其团队概述了如何稳定铁催化剂以用于燃料电池，从而降低燃料电池汽车及其他小众应用（如低空航空和人工智能数据中心）的成本。

氢燃料电池通过氢与氧产生零排放电力。通过催化剂作用，这两种元素生成水、电力和热量，直到车载氢耗尽，同时氧气来自无限空气。人们可以在大型加氢站为氢燃料电池汽车加氢，就像校车车队在同一加氢站加氢一样，因此加氢基础设施问题可被轻松解决。这是清洁能源，但车辆中使用的贵金属会显著增加总成本，限制其广泛应用。

根据环境与能源研究所，燃料电池可提取超过60%的燃料能量，而内燃机仅回收不到20%的汽油能量。当燃料电池产生的热量也用于发电时，效率可达85%。

与电池驱动汽车不同，人们无法使用家用电力为燃料电池汽车充电。因此，为这项清洁技术发展，需要经济且便捷的氢加注基础设施。使用丰富且廉价的铁催化剂将大大降低成本。但首先，研究人员需要使铁在燃料电池化学环境中更加稳定。

吴刚及其团队通过创造一种气相化学环境，在热活化过程中稳定铁催化剂，这一创新方法在保持质子交换膜燃料电池（PEMFC）活性充足的同时，大幅提高催化剂稳定性。结果显著提升了铁催化剂的耐久性、能量密度及使用寿命。团队选择PEMFC是因为它最适合重型车辆，如运输卡车、公交车和工程车辆——这些车辆通常使用集中加氢站。对于重型车队，技术首次应用最为经济高效，并随着普及及规模效应进一步降低成本。

吴刚表示，下一步将进一步优化工艺，使铁催化剂性能超过贵金属，以满足未来燃料电池的需求：“经历了几十年的稳定性差问题，现在我们能够解决这一关键难题。”

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-026-01482-2

（素材来自：路易斯华盛顿大学 全球氢能网、新能源网综合）