在一个应对气候变化和可持续能源挑战的世界里，寻求更绿色的能源比以往任何时候都更加重要。在各种选择中，氢燃料电池已成为能源存储和转换的有前途的竞争者。然而，由于在催化剂中使用昂贵的铂族金属（ platinum group metals,PGM）的高成本阻碍了它们的广泛采用。美国SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学、丰田研究所和以色列理工学院之间的开创性研究合作为该领域带来了重大突破，可能会彻底改变该行业，这项研究最近发表在《自然能源（Nature Energy）》期刊上。

氢燃料电池的成本挑战

    氢燃料电池以其储能和转换潜力而闻名，由于其催化剂中依赖PGM，传统上一直很昂贵。这些金属虽然高效，但成本高昂且稀缺，为燃料电池的经济可行性和可扩展性构成了重大障碍。正如SLAC和斯坦福大学的副科学家Michaela Burke Stevens所指出的那样，高成本一直是采用这项原本有前途的技术的主要障碍。

创新催化剂成分：银钯合金（Silver-Palladium Alloy）

    最近的研究引入了催化剂成分的根本转变。摆脱传统的PGM依赖，该团队使用无离子体超低负载银-钯（ionomerless ultra-low-loading Ag–Pd）合金开发了一种新的催化剂。这种合金是通过共物理气沉积（ co-physical vapor deposition）合成的，这种方法提供了更可控制和一致性更好的催化剂生产路径。

    这项研究的创新不仅在于用银合金代替一些PGM，还在于将催化剂应用于单元电极的方法。该研究采用真空室进行受控沉积，确保从实验室实验到实际燃料电池生产的更可靠转换路径。这种方法解决了长期以来困扰该领域的可重复性挑战。

突破性效能和能源部合规性

    这项研究最显著的成就之一是基于Ag10Pd90的AEMFCs（anion-exchange membrane fuel cells离子交换膜燃料电池）的性能指标。这些电池的峰值功率密度约为每平方厘米1瓦（几何面积基础）和约10瓦每平方厘米（活动面积基础）。这些指标不仅展示了新催化剂的效率，还符合美国能源部的PGM装载和成本目标。

未来的影响和雄心

    这项研究不仅为当前的燃料电池技术提供了更经济、更高效的解决方案，还为更雄心勃勃的目标打开了大门。后续可能会创造完全不含PGM的催化剂，这会进一步降低成本并提高可持续性。正如研究人员Tom Jaramillo乐观地指出的那样，研究团队可以尝试完全无PGM的催化剂。

    通过解决成本障碍并展示新催化剂的实际应用，这种合作为燃料电池可以在全球向可持续能源转变中发挥关键作用的未来铺平了道路，有助于实现更绿色、更清洁的未来能源供给。