燃料電池：不脫鉑就無法普及，著眼于穩(wěn)定性好的氧化物催化劑

“填充3分鐘的氫氣可以行駛500公里以上。實現(xiàn)了與汽油車相同的易用性”——在豐田負責開發(fā)FCV的田中義和（該公司產(chǎn)品策劃本部ZF主查）自豪地說。在他的面前，是該公司在“第43屆東京車展2013”上全球首發(fā)的概念車“TOYOTA FCV CONCEPT”。

但這款車與汽油車相比，存在著一個決定性的差異。那就是價格。大部分觀點都認為，豐田2015年推出的車輛售價屆時將“超過500萬日元”。

成本高的原因之一是燃料電池組使用的鉑催化劑。到2015年，1輛FCV估計將使用50～100g鉑。到FCV正式進入普及期的“2025年前后”（本田高管），汽車企業(yè)必須大幅減少鉑的使用量。

不只是成本，從風險管理的角度出發(fā)，也需要減少鉑的使用量。因為鉑的儲量9成在南非（圖3），而南非礦石的鉑含量正在逐年遞減。

圖3：鉑儲量集中在南非

調查數(shù)據(jù)顯示，鉑的年供應量約7成來自南非。全球儲量的9成位于南非。（圖：《日經(jīng)電子》根據(jù)Johnson Matthey的資料制作）

在降低燃料電池組鉑使用量的研究中，與其他金屬制成合金提高鉑催化劑的活性、使用鉑包覆貴金屬和賤金屬的“核殼催化劑”的開發(fā)進展顯著。但要想從根本上解決問題，“只有‘脫鉑’一條路可走”（橫濱國立大學研究生院工學研究院綠氫研究中心主任太田健一郎）。

FCV配備的PEFC（固體高分子形燃料電池）要在低于100℃的低溫下工作，反應速度很慢。因此，必須使用鉑催化劑，促進空氣電極的氧化還原反應（ORR：oxygen reduction reaction）。過去的研究一直把思路放在尋找ORR活性大的材料上面。

但太田的研究小組轉換方針，開始尋找化學穩(wěn)定性高的材料。經(jīng)過不懈地探索，他們發(fā)現(xiàn)，第四和第五周期的過渡金屬氧化物穩(wěn)定性高（圖4）。氮氧化鉭（TaON）和氮氧化鋯（ZrON）在酸性電解液中的溶解度不到鉑的10分之1，而且，在長時間浸泡后，ORR活性也沒有改變。

圖4：放眼穩(wěn)定性尋找材料

日本橫濱國立大學的太田等人把目光投向了穩(wěn)定性超過鉑的材料（a）。候選材料的儲量均大于鉑（b）。制作的氧化物類催化劑的電流密度在4年間提高到了原來的1000倍（c）。（圖：《日經(jīng)電子》根據(jù)橫濱國立大學研究生院工學研究院綠氫研究中心的資料制作）