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电池知识

燃料电池应该替代内燃机作为今后汽车的动力源,它们对气候环境有什么影响吗?

来源:宝鄂实业    2019-04-28 00:17    点击量:

众所周知,燃料电池由于其燃烧产物主要是水,因此其非常环保。近日,哥本哈根大学的研究者在燃料电池上取得了新的进展。无需利用贵金属铂作为催化剂,也能使燃料电池提供与目前采用铂催化剂的燃料电池相同的电量。这项科学发现已经刊登在了《自然材料》杂志上。

更便宜的氢燃料汽车和全新的燃料电池设计

研究者表示,燃料电池应该替代内燃机作为今后汽车的动力源。它们对气候环境几乎没有影响。一方面是因为燃料电池的燃料利用率更高,另一方面,其燃烧产物中不含有烟尘、二氧化碳等物质。

而燃料电池目前遇到的技术瓶颈则是:其中使用的铂金属催化剂相当昂贵。这是阻碍燃料电池发展的最大障碍。

减少贵金属使用率

哥本哈根大学化学部门副教授Matthias Arenz与墨尼黑工业大学、杜塞尔多夫普朗克研究所的研究者共同测试了一系列不同的催化剂。

他表示:“我们在实验室里发现了一种新方法,利用平常氢燃料电池中铂金属的五分之一实现与其相同的电容量。虽然在实际应用中或许达不到这一水平,但可以确定的是,新方法能够大量减少对铂催化剂的依赖。在减少燃料电池成本方面跨出了一大步。”

铂金属是地球上最稀有的几种金属之一。大部分铂金属存在于南非地区,含量占全球80%,俄罗斯地区的铂金储量则占全球的10%.

2012年,全球铂金属产量为179吨。而黄金的全球年产量则达到2700吨,作为对比,铂金显得尤为珍贵。1盎司铂金的售价为1600美元。

片材、粒子或纳米粒子

燃料电池以铂作为催化剂并通过氢气和氧气产生电能。最佳的反应模式就是在反应过程中覆盖铂金属层,不过这样做的成本很高。因此现代的燃料电池中将铂金属的形态制造成颗粒状。而研究团队所谓的新方法则是将颗粒状铂金属摆放的更科学,更高效。

同质量铂金属产生5倍电量

在测试过程中,传统催化剂一般每毫克能够产生1安培的电流。而哥本哈根研究团队则利用1毫克铂金属生成了8安培的电流。一开始研究者以为这是因为利用更小颗粒的铂金产生了更高的功率产额(power yield),不过进一步观察后,他们有了更惊人的发现。

偶然发现的现象

他们将铂金属颗粒制造成一系列不同的体积大小。他们发现在某些样品催化剂上,铂粒子的密度非常的高。研究者将其描述为“粒子邻近效应(Particle Proximity Effect)”。研究者下一步所要做的是,利用工业方法大规模实现这种“粒子邻近效应”。据英国《经济学家》杂志网站近日报道,以下5大创新性能源技术突破将有助于改变目前人类以化石能源为主的现状,改变我们获取能源的方式,确保我们的能源安全。

藻类制造的生物燃料:能效高

用玉米或甘蔗等可食用的农作物来制造生物燃料存在两大弊端:一是与粮争地,与人争食,对现在人类业已不堪重负的粮食危机来说无疑是雪上加霜;另一方面也将给淡水供应带来巨大压力。藻类受命于危难之中,挺身而出。海藻不会占用土地和淡水,不与人争粮,不与粮争地,只要有阳光和海水就能生长,甚至在废水和污水中也能生长。

科学家们的测算表明,每英亩藻类能生成数千加仑的汽油,而同样大小的土地种植出来的农作物才能生产区区数百加仑汽油,完全不可同日而语。不过,现在科学家们面临的问题是,如何以更经济可行的办法进行规模化生产。

液态金属电池:个头小,储能强

目前,科学家们还没有研制出在电网中大规模存储电能的高性价比方法,这成为各种可再生能源发展的桎梏。美国麻省理工学院(MIT)的液态金属电池似乎是一种比较好的解决办法。

据国外媒体报道,MIT材料科学与工程教授唐纳德·沙德维领导的研究团队,已经成功制造出了液态金属电池。液态金属电池的构造其实很简单,两边为液态金属电极,中间夹着熔盐。在未来某一天,液态金属电池有望产生像太阳能这样的可再生能源,使板和风力涡轮机上的能量存储变得更容易,有助于科学家们建造更可靠的电网。

锂空气电池:蓄电能力为的10倍

目前人们广泛使用的在化学组成上缺乏汽油的能量密度,当电动汽车使用这种电池时,一次充电只能行驶有限的里程,因此,锂离子电池需要更好的化学组成成分。锂空气电池——用空气中的氧气取代了金属氧化物——应运而生。锂空气电池的蓄电能力为性能最好的锂离子电池的10多倍。锂空气电池的发电原理是,将锂金属氧化产生锂离子和电子,锂离子、电子与空气中的氧分子进行还原反应,从而产生电能。由于空气随处可得,人们可把锂空气电池做得更轻、更小,不必再担心燃料储存空间的问题。

高效的太阳能电池:转化效率高

目前商用的将太阳能转化为电能的效率不足25%。美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在进行的“超高效太阳能电池(VHESC)”研发项目或许可以让人们得到转化率高达40%甚至更高的太阳能电池,彻底改变电力的生产方式。

先进的核能:惰性气体做冷却剂

要让核反应堆工作并确保安全,冷却是一个必不可少的过程。大部分核反应堆都使用大量水做冷却剂。而新的核反应堆则可能用惰性气体代替水做冷却剂或者用对流代替水泵。

 
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