編者的話｜燃料電池還有希望嗎?

二氧化碳零排放的電動車已逐漸成為主流，如今全球電動車僅有少於1%的市場，但由於電池價格與壽命的改善，特斯拉新款Model 3開出3.5萬美元的售價，已經獲得40萬台的訂單，將在2018年上路[1]。

在各種電池中，燃料電池是最環保的電池。燃料電池使用氫當作燃料，和空氣中的氧反應，經過石墨電極薄膜上觸媒的催化作用，陽極的氫原子就分解成氫質子(proton)和電子(electron)，電子由外電路流到陰極，形成可驅動電機的電流；氫質子經過電解液到陰極和氧會合，反應生成水，成為燃料電池為一的排放物。

不幸的是：最乾淨、完全無碳排放的燃料電池車仍然非常昂貴，Toyota Mirai售價要就要5.75萬美元，其中最貴的部份就是燃料電池的觸媒(catalyst)，因為需要昂貴的罕見元素鉑(platinum)，它在地殼中的含量只有十億分之一。鉑一般出現在與原生銅和鎳的礦藏中，百分之八十的鉑礦分布在南非。

如何減少鉑的用量有幾種作法：(1)提高鉑的使用效率，目前商業作法就是將鉑的奈米顆粒佈置在碳膜(carbon film)上；(2)用較便宜的鈀(palladium)來取代部份用量；(3)用更便宜的鎳或銅取代鉑或鈀。最近有一些新的進展：美國紐約石溪大學Wong教授將鉑或鈀混合鐵、銅或鎳，製成超薄的一維奈米線(nanowires)，直徑可小到2奈米，其面積與體積比非常高，使觸媒反應區域大增，這些不同的合金比商用觸媒更具活性。韓國蔚山國家科技學院(UNIST) Joo博士在2016發表：添入鐵和氮的奈米碳管觸媒和商用鉑觸媒的活性不相上下[2]。美國凱斯西儲大學的Dai教授更發明一種不含金屬的觸媒—氮與磷的石墨泡(carbon foam)，也有一般觸媒的活性[3]。

氫在整個宇宙是蘊藏最多的元素，取之不盡、用之不竭，但是燃料電池的關鍵卻在於昂貴的觸媒。我們預測能源策略的終極目標就是氫能源，面對這宇宙中最簡單的原子，我們仍然要面對最大的挑戰。人和人之間也有一個觸媒，深藏在每一個人的心中，可以化解仇恨和冷默，活化生命的價值和希望，那就是愛。

參考資料

1. https://www.weforum.org/agenda/2017/06/these-are-the-top-10-emerging-technologies-of-2017/
2. Y. J. Sa, et al., “A general approach to preferential formation of active Fe–N_x sites in Fe–N/C electrocatalysts for efficient oxygen reduction reaction,” J. Am. Chem. Soc., vol.138, no.45, pp 15046–15056, 2016.
3. J. Zhang, et al. “N, P-codoped carbon networks as efficient metal-free bifunctional catalysts for oxygen reduction and hydrogen evolution reactions,” Angewandte Chemie, DOI: 10.1002/ange.201510495, 2015.