奧地利研究發現薄鉑塗層可減少氫氣設備金屬使用量達 88%

奧地利維也納科技大學的研究人員發現，使用更薄的鉑塗層可以有效保護氫氣生產中使用的元件。這一發現有潛力將這些保護層所需的貴金屬用量減少約 88%。研究中考察了用於質子交換膜 (PEM) 水電解的鉑塗層鈦雙極板。在研究的條件下，厚度僅為 24 奈米的塗層大部分保持完整，並在電化學應力後仍保持良好的電導率。這些發現指出了一種降低設備成本的可能途徑。然而，研究人員警告說，最佳厚度取決於多種因素，包括塗層的製造方式及其表面覆蓋的均勻性。

氫氣設備為何需要鉑 金屬電解利用電力將水分解為氫氣和氧氣。在一個電極上，該過程產生氧氣、帶正電的氫離子（質子）和電子。質子穿過膜到達第二個電極，在那裡與電子結合形成氫氣。在這種環境中保持設備運行的難度超出了基本反應的預期。「電解過程創造了一個對許多金屬元件有害的化學環境。金屬可能會溶解，同時氧化層也可能形成，阻礙電流流動。」維也納科技大學材料科學與技術研究所的赫爾穆特·裏德爾-特拉根雷夫（Helmut Riedl-Tragenreif）解釋道。

氫氣設備的鉑需求

「如果系統要長期運行，各個元件必須仔細匹配。雙極板在這裡扮演特別重要的角色，佔總系統成本的高達 30%。」 這些板不僅在機械上支持設備，還傳導電流，幫助運輸水和氣體。鈦耐腐蝕性能良好，但其表面會形成氧化層，阻礙電流流動。薄鉑塗層則能解決這一問題，在保護鈦的同時有效傳導電流。 薄塗層在測試中存活 維也納科技大學團隊系統地調查了該保護層需要多厚。

薄鉑塗層的測試結果

經測試，厚度為 24 奈米的塗層在所測試的條件下已經足夠，而厚度為 8 奈米的塗層則顯示出明顯問題。與目前工業中使用的 200 奈米塗層相比，成功的薄塗層代表了鉑消耗潛在減少約 88%的可能性。研究人員還檢查了這些塗層在電化學應力後的耐受情況，而不僅僅是評估其初始性能。「我們使用高解析度方法分析了塗層在電化學應力之前和之後的情況。特別重要的問題是塗層中是否會出現微觀缺陷。」

裏德爾-特拉根雷夫表示。 小缺陷可能加速損壞 鉑層中的缺陷可能使下面的鈦暴露於攻擊之中。鈦會氧化，並且在界面處可能形成小氧氣泡，產生機械應力，進一步損害塗層。隨著較大區域的脫落，更多的鈦被暴露，損壞會加速。8 奈米的塗層顯示出明顯的這一過程跡象。經過電化學應力後，研究人員觀察到較大的缺陷，並發現進入電解質的鈦和鉑離子數量顯著增加。而 24 奈米的塗層則在所研究的條件下保持大部分完整，保持良好的導電性，並將金屬離子的釋放保持在非常低的水平。

薄鉑塗層對氫氣生產的影響

氫氣生產過程中，鉑的使用量對成本有重大影響。研究顯示，薄鉑塗層能有效降低貴金屬需求，這不僅能減少生產成本，還能提高設備的耐用性。雙極板的設計和材料選擇對整體系統的性能至關重要，尤其在面對化學腐蝕的挑戰時。這項研究的發現可能促進氫能技術的商業化，並推動更可持續的能源解決方案。