比起目前的先进技术，新型氢燃料电池技术的性能可提高达50%，并且具有更好的耐用性。据外媒报道，研究人员在凹槽电极设计方面取得的进步，或将有助于优化下一代燃料电池技术，为无排放中重型运输提供动力。
（图片来源：洛斯阿拉莫斯国家实验室）
洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）材料科学家Jacob Spendelow表示，理论上来说，重新构思电极的设计方式，有助于提高性能。新材料不是提高性能的唯一途径，材料组合方式同样十分重要。在这项研究中，“研究人员所做的就是采用传统的市售材料，并改变将其组合在一起的方式，从而改变微尺度架构，大幅改善性能。”
氢燃料电池（具体来说是一种质子交换膜燃料电池技术）代表了一种使用氢燃料的无排放发动机设计。对于中重型运输行业来说，使用燃料电池，有助于攻克脱碳这一难题。
新设计可提高效率和耐用性
在燃料电池装置中，氢气与氧气通过电化学反应产生电能，为外部装置（如电机）供电。这些电化学反应在燃料电池电极内发生，其中包括用于实现反应的铂基催化剂和用于传输质子以完成反应的离子导电聚合物（离聚体）。
该团队开发了一种凹槽电极设计，可以提高在设备中传输氧和质子的效率。在该实验室的集成纳米技术中心（Center for Integrated Nanotechnologies），为了制造这一装置，研究人员利用光刻法和微米级（千分之一毫米）深反应离子刻蚀，形成用于电极制造的硅模板。由此产生的电极由具有高离聚物含量的催化剂脊组成，并由空槽隔开，使质子和氧通过这一途径更有效地穿过系统。
该团队结合多物理建模和模拟进行机器诊断，从而证明氧运输得到改善。通过机器学习，还可以指导多物理建模计算，从而节省计算时间。值得一提的是，凹槽电极更加耐用，即使经过碳腐蚀也是如此。
创新进程
据悉，洛斯阿拉莫斯燃料电池项目（Los Alamos fuel cell program）已启动若干种新颖的燃料电池设计，凹槽电极方法是其中之一。
Spendelow表示：“30多年前，洛斯阿拉莫斯实验室发明了最初的燃料电池膜电极组件。时至今日，燃料电池设计几乎没发生任何改变。这种凹槽电极属于最早的一批替代电极，可以取代历史悠久的洛斯阿拉莫斯电极。”
该团队将继续开发凹槽电极设计，尤其希望从事专门的制造研发。长期目标是扩大制造规模，以将其部署在卷对卷制造设施中，实现高速、低成本制造。
