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氢燃料电池革命的开始:将铁作为燃料电池催化剂

张赢 2022-05-23 09:12 · 头闻号氢能技术
据国外媒体报道,近期发现一种新的技术,这将成为氢燃料电池产业的革命开端。这项新技术可能会带来更便宜、更具有商业可行性的燃料电池。


能源电气化是告别温室气体的关键。但可再生电力也有它的缺点:从环境中获取电力可能很麻烦,而且电池通常由不可再生材料制成,比如锂,储能能力有限。

研究人员认为,氢燃料技术比传统电池具有更大的能源潜力。燃料电池将我们宇宙中最丰富的元素氢转化为电能,并且不产生任何的碳排放。目前如丰田未来这类氢燃料电池汽车已经开始商业化,但是氢燃料电池对金属铂的依赖依旧妨碍着燃料电池的规模化。

在近日发表在《自然催化》(Nature catalyst)杂志上的一项新研究中,伦敦帝国理工学院(Imperial College London)和其他欧洲研究机构的研究人员开发了一种氢燃料电池,使用铁作为催化剂。在实验中,这种新型燃料电池的性能几乎与基于铂的电池一样好,并且铁的成本较低,也进一步压缩了燃料电池的成本。

氢燃料电池通过将氢原子和氧原子结合在一起的化学反应产生电、水和少量热量,这些燃料电池通常使用金属铂作为催化剂,伦敦帝国理工学院的化学家、首席研究员安东尼·库切纳克(Anthony kucerak)表示,铂的成本较高并且储量相对稀少,目前占单个燃料电池成本的60%。

为了进一步降低氢燃料电池的成本,库切纳克和他的团队将目光转向了铁,一种储量丰富且极其便宜的金属。研究人员没有使用固体铁,相反,他们将金属分解成单个原子——这比一整块金属更活泼——并将这些分子放在由碳和氮组成的材料上。他们发现,这种催化剂产生的电力几乎和铂基燃料电池一样多,这意味着我们可能能够克服氢燃料的高昂成本,使其在商业上更具可行性。

这项技术也不仅限于氢燃料电池。研究人员认为,它可以降低各种商业应用的成本,比如使用空气来去除废水中的有害污染物。

该研究的第一作者、帝国理工学院的化学家阿萨德·穆罕默德(Asad Mehmood)表示:“我们已经开发了一种制造一系列‘单原子’催化剂的新方法,这为一系列新的化学和电化学过程提供了机会。”“具体来说,我们使用了一种独特的方法,称为金属转化,以避免在合成过程中形成铁团簇。这个过程应该对其他想要制备类似催化剂的科学家有益。”

虽然这种用于氢燃料电池的新型铁催化剂不像铂那样耐用,但帝国理工学院的研究人员正在努力改进该系统。他们希望扩大规模,这样有一天,氢燃料电池作为一种可再生能源将更快规模化。

(本文为氢能观察独家翻译稿件,未经授权,不得转载)


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