在“ 自然能源 ”雜志的一項新研究中，研究人員詳細介紹了他們如何在新發明的燃料催化劑的幫助下重新構想整個燃料電池。

該催化劑通過使用價格便宜、易得的甲烷制造氫燃料電池，同時通過改進電池，冷卻了甲烷燃料電池中常見的沸騰操作溫度。

甲烷燃料電池通常需要750－1000攝氏度的溫度才能運行，新型電池卻只需要大約500攝氏度的溫度，甚至比汽車內燃機的溫度更低（汽車內燃機的運行溫度約600攝氏度）。

較低的溫度將有效節省運行燃料電池所需輔助技術的成本，從而提升新電池推向商業話的可行性。

佐治亞理工學院材料科學與工程學院教授、研究負責人Meilin Liu稱：“我們的電池可以制造一個簡單、強大的整體系統，使用廉價的不銹鋼制造互連器。” 互連器是有助于將許多燃料電池集成到堆疊或功能單元中的部件。

“高于750攝氏度時，沒有金屬可以承受溫度而不會氧化，所以在獲取材料方面會遇到很多麻煩，而且它們非常昂貴和脆弱，并可能被污染。”劉說。

“將溫度降低到500攝氏度在全球來看都是非常驚人的舉動，很少有人甚至嘗試過。”Ben deGlee表示，他是Meilin Liu實驗室的研究生助理，也是該研究的第一批作者之一。“當你達到這個低水平時，它使得工程師設計堆棧和連接技術的工作變得更加容易。”

新電池還消除了對稱為蒸汽重整器的主要輔助裝置的需求，該裝置通常需要將甲烷和水轉化為氫燃料。

新電池進入市場，預計暫時不會為汽車供電，它可能會更快地降落在地下室，作為更分散，更清潔，更便宜的電網組成部分。燃料電池堆本身大約相當于鞋盒的大小，配合輔助技術可以使其運行。

Meilin Liu認為：“預計未來，該裝置可以像無水熱水器一樣被安裝，通過消耗耗天然氣為房屋供電，它將使家庭和企業更加獨立，并為社會和工業節省新發電廠和大型電網擴建的巨大成本。這種系統將被稱為分布式發電，我們的贊助商希望開發這種系統。”

實際上，氫氣是為燃料電池供電的最佳燃料，但成本過高的弊端限制了其商業化進程。研究人員想出了如何通過鈰，鎳和釕制成的新催化劑將燃料電池中的甲烷轉化為氫氣，化學式為Ce0．9Ni0．05Ru0．05O2，縮寫為CNR。

當甲烷和水分子與催化劑和熱量接觸時，鎳會化學裂解甲烷分子，釕與水同樣如此。由此產生的部件回歸到一起，因為非常理想的氫（H2）和一氧化碳（CO），研究人員出人意料地使用了它們。

“CO在大多數燃料電池中引起性能問題，但在這里，我們將其用作燃料。”Meilin Liu表示。

H2和CO繼續進一步形成構成陽極的催化劑層，燃料電池的一部分從電子中拉出，使得一氧化碳和氫氣帶正電離子。電子通過導線傳播－產生電流－朝向陰極。

在那里，非常需要電子的氧氣吸收電子，關閉電路并變成O2離子。當水凝結時，離子化的氫和氧會合并離開系統，一氧化碳和氧離子相遇變成純二氧化碳，可被捕獲。

對于產生的能量，燃料電池技術產生的二氧化碳遠遠少于內燃機。

在一些燃料電池中，初始反應中的水必須從外部引入。在這個新的燃料電池中，它在最后的反應階段得到補充，形成的水循環回來與甲烷反應。

研究堪薩斯大學合作者的新催化劑CNR是電池陽極側的外層，兼作防腐劑的保護劑，可延長電池的壽命。CNR在內層和陰極的另一側（陰極）具有強的隊列催化劑。

在陰極端，氧氣的反應和通過系統的運動通常都是非常緩慢的，但Meilin Liu的實驗室最近加快了使用所謂的納米纖維陰極來提高電力輸出，即該實驗室在之前的研究中開發出的定制雙鈣鈦礦納米纖維催化劑，可以實現超快的氧氣釋放。

“這些不同催化劑的結構，以及納米纖維陰極，都使我們降低了工作溫度。”研究人員表示。

目前，美國能源部的基礎能源科學辦公室和高級能源研究計劃局（ARPA－E），以及美國國家科學基金會化學系均為該項目提供了資金支持。