宾夕法尼亚州立大学领导的一个研究小组开发出了一种使燃料电池更经济实惠的潜在方法。这种新方法通过复制计算机芯片制造中使用的一种工艺，减少了铂族金属（PGM）的负载量。
他们的研究成果本周（7月24日）发表在《JACS Au》上。
据通讯作者、化学工程系副教授、能源与环境研究所教员克里斯托弗-阿格斯（Christopher Arges）介绍，新工艺可以降低大规模生产基于质子交换膜的燃料电池的成本障碍，这种燃料电池可以为重型车辆提供电力驱动，从而减少温室气体排放。
"Arges说："燃料电池电动汽车是重型车辆以及需要不断运送货物和人员的车辆的最佳电力系统平台。
新开发的工艺包括利用自组装嵌段共聚物模板制造高表面积支撑物，这种模板是在纳米级水平上形成有序图案的结构。这种工艺通常被称为嵌段共聚物光刻，是一种自下而上的光刻图案工艺，用于在大面积上制作特征尺寸为 6 至 40 纳米的致密图案。在制作出具有小周期特征尺寸的高表面积致密支撑物后，研究小组在支撑物基底上溅射了一薄层 PGM。
"Arges说："我们首次采用这种技术制造出了PGM负载量极低的电极。"我们的新型电催化剂没有经过合金化处理，与高比表面积碳载体上最先进的铂纳米粒子相比，性能具有竞争力，同时与高比表面积碳载体上的铂纳米粒子相比，耐久性要好得多"。
燃料电池电动汽车是更常见的锂离子电池电动汽车的替代品。
"当飞机、公共汽车、轮船、火车和大型卡车等车辆的唯一目的是不断运送货物和乘客时，使用锂离子电池的车辆性能并不好。这些运输应用没有时间等待充电，"Arges 说。"另外，燃料电池电动汽车在车辆较大、需要行驶较长距离时，能量密度较高。
当燃料电池发电厂用于重型车辆时，其较大的能量密度可以在有限的空间或重量内储存更多的能量，从而实现更长的行驶里程或更高效的能量储存。
此外，燃料电池电动汽车使用氢气，没有排放物或污染物。
"燃料电池不会使氢气与空气中的氧气发生燃烧。相反，它在一个电极上与氢发生电化学反应，在另一个电极上与氧发生另一种反应，"Arges 说。"在氧电极上，反应后氢气中的质子与氧气结合。反应产生的电子通过电池向外移动，为电动马达提供动力，唯一的副产品是水。此外，如果氢气是由可再生能源驱动的水电解产生的，则被视为绿色氢气，碳排放为零"。
即使有零排放和更高能量密度的吸引力，燃料电池电动汽车的销售仍然滞后。自 2012 年以来，燃料电池电动汽车在美国的销量约为 1.5 万辆，而电池电动汽车的销量为 250 万辆。加氢基础设施的可用性是一个限制因素。
Arges说，该团队的新型扩展表面电催化剂可用于其他涉及水电解的电化学过程，以制造绿色氢气，他们已就此提交了一份提案。
