「咖啡因」助力燃料電池，鉑金成本大幅下降
2024年3月14日 – 日本科學家的最新研究發現，向燃料電池中加入咖啡因，不僅能提高其效率，還能大幅減少昂貴的鉑金使用，從而降低生產成本。這一發現對於從電動車到數據中心等多種應用領域的替代能源存儲技術來說，無疑是一大突破。
這項研究成果發表於《通訊化學》期刊，涉及燃料電池陰極的催化過程及其效率提升方法。燃料電池類似於電池，通過將燃料（或電解質）和氧化劑的化學能轉換成電能來產生動力。與有限壽命的電池不同，只要持續供應燃料，燃料電池就能持續產生電力。
研究指出，水作為燃料電池的副產物會影響其性能，與鉑金反應形成的鉑金氫氧化物（PtOH）會干擾氧氣還原反應（oxygen reduction reaction,ORR）的催化。為維持高效運作，燃料電池需要較高的鉑金含量，這大大提高了成本。但研究人員發現，加入咖啡因可以將鉑金電極的ORR活性提高11倍，從而提高反應效率。
這項研究的背後思路是，使用具有疏水性的材料來修改電極是提高ORR效率的有效方法。咖啡因相比其他疏水物質更為無害，且可以激活鉑金奈米粒子和咖啡因摻雜碳的氫發展和氧化反應。
咖啡因濃度增加 氧氣還原反應提高
千葉大學工程研究生院的團隊在應用化學和生物技術部門教授長宏教授的帶領下進行了這項研究。長宏教授解釋說，他們發現隨著電解質中咖啡因濃度的增加，電極的ORR活性顯著提高。
這種方法形成的薄層有效地阻止了PtOH的形成，但這種效果取決於鉑金原子在電極表面的取向。研究指出，Pt(110)和Pt(111)顯示出增加的ORR活性，而Pt(100)則沒有明顯效果。此發現也有望改善燃料電池的設計，促進其更廣泛的應用。燃料電池已經在多個領域得到應用，特別是在數據中心作為替代柴油發電機的後備電源，甚至成為主要電源。
去年（2023），一項報告指出，韓國SK Ecoplant計劃在愛爾蘭建造一個完全由燃料電池技術供電的數據中心。此外，日本也計劃在本月底開始測試使用來自電動車的燃料電池為數據中心供電的可行性。
新加坡國立大學去年發布的報告聲稱，作為提供數據中心後備電力的方法，燃料電池已經比其他技術更有效率。這項新發現不僅打開了燃料電池創新的新大門，也為能源存儲技術的未來帶來了新的希望。
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首圖來源：Dark Energy Survey cc By4.0
圖片來源：Communications Chemistry cc By4.0
參考論文：
1.Enhanced oxygen reduction reaction on caffeine-modified platinum single-crystal electrodesCommunications Chemistry
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