日前，中國國立清華大學(xué)，陳燦堯教授開發(fā)出一種利用超聲波在金屬表面上形成微小凹槽的方法，與原子級鉑催化劑結(jié)合使用，使堿性燃料電池的效率提高了一倍。

據(jù)稱，這種原子級催化劑將氧還原（陰極反應(yīng)）電流強度提高了十倍，連續(xù)運行八個月沒有降解，同時使生產(chǎn)成本降低了90％，燃料電池壽命約為兩到三年。

目前這項研究已在2月出版的《自然通訊》雜志上發(fā)表并被選為能源材料的重點論文。陳燦堯表示，目前其團隊正在進行催化劑量子尺寸相關(guān)性研究，以使電池更便宜、高效。

探索原子尺度的邊界

燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置。AFC比酸性電池更安全、有效，因此廣泛用于航天器和衛(wèi)星。催化劑則是燃料電池性能的關(guān)鍵組成部分。

陳燦堯表示，影響催化劑效率的因素很多，特別是尺寸。在相同體積下，催化劑顆粒越小，表面積越大，性能越高。但是，如果顆粒太小，它們就會變得不穩(wěn)定并迅速失去效率。因此，需要找到一種減小尺寸和增加穩(wěn)定性的方法。

靈感來自對咖啡蘇打的熱愛

陳燦堯表示，咖啡蘇打給了他新的研究策略。2016年，在與咖啡店老板聊天時，他發(fā)現(xiàn)根據(jù)咖啡和蘇打水倒入玻璃杯的順序，泡沫的甜度、味道和數(shù)量非常不同。

于是，他讓研究助理顛倒了晶體生長的順序。與傳統(tǒng)方法不同的是，他們每10秒添加新材料，并在短短幾秒鐘內(nèi)停止反應(yīng)，這就產(chǎn)生了Pt三聚體催化劑。

降本提效并延長壽命

最初，陳燦堯的學(xué)生對他的非正統(tǒng)方法有些懷疑。但隨著數(shù)百次失敗，他們最終使Pt三聚體催化劑保持了穩(wěn)定，同時保持AFCs的高活性。陳燦堯稱，他的原子催化劑中鉑的用量僅為1％，并且質(zhì)量流密度增加了30倍，而普通商業(yè)催化劑用量為35％。