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美大学发现新碳催化剂 开创低价燃料电池新时代

发布者:来自网络       来源:未知来源       发布时间:2010-8-31       阅读:623


燃料电池一直以来都以“环境救星”为人们称道,因为它能清洁高效地将氢气和其他类型燃料转换为电能。但燃料电池技术的发展因必须使用昂贵的催化剂——铂金而停滞不前。

  现在研究出了一种基于碳纳米管(carbon nanotube)的新型燃料电池,这种燃料电池要比用铂金作为催化剂的电池更廉价、缜密和高效。

  俄亥俄州戴顿大学(University of Dayton)的戴利明(Liming Dai)教授领导的团队研究发现,混合氢气的几束纳米管可以作为催化剂,帮助氧气在燃料电池内部发生相关化学反应。

  据《新科学家》杂志称,该发现在燃料电池发展路径上迈出了重要一步。碳纳米管催化剂燃料电池并非靠燃料燃烧生成热量为涡轮机供电,而是将化学能量直接转换为电流。

  压入氢气经过电池的正极,氢气分子分裂为组成它的电子和质子;电子从电池正极流出,提供电能,而留下来的质子则在电池中扩散开来;最后,电子和质子都在电池负极会合,与氧气混合形成水分子。

  纯净能源?

  在没有催化剂的情况下,上面的化学反应进行得非常缓慢。因此,电池负极需要由一种化学催化剂形成,从而加快化学反应的速度。传统办法中,只有铂金才能使这个化学反应很快进行。

  戴利明教授的研究团队发现,当他们将碳纳米管当作催化剂进行研究时,结果令他们大吃一惊。戴利明教授说:“尽管铂金长期以来被认为是燃料电池最好的催化剂,但这些(碳纳米管)催化剂比铂金效果还要好。”

  他的团队用碳纳米管催化剂产生的电量,是用铂金制造电量的4倍。另外,铂金纳米微粒聚合在一起或被一氧化碳污染时,便会失效,而碳纳米管催化剂却不会。

  消减成本

  戴利明教授认为,碳纳米管之所以能成为燃料电池的有效催化剂,是由于氢气的存在。他们的计算结果表明,每个氢原子都会从相邻碳原子中吸引电子,这些碳原子的电子则由流经燃料电池正极的电子补足。这就意味着,当一个氧气分子与燃料电池负极相遇,就已经有了足够的电子与之发生反应。

  尽管目前碳纳米管还比较昂贵,但它们的价格正变得越来越低——而且戴利明教授表示,碳纳米管的效果同样可以由其他种类混合氢气的碳来实现。他说:“现在既然我们发现了其中的化学原理,就没有必要一定要用纳米管了。”

  美国伊利诺伊斯州(Illinois)阿贡纳国家实验室(Argonne National Laboratory USA)的刘迪佳(Di-Jia Liu)早先时候发现了纳米管的微弱催化作用。她说:“这是个有趣的进展。(碳纳米管作为催化剂的研究发现)将为燃料电池的发展扫清价格昂贵这个障碍。”

  目前断定未来汽车或电话是否会靠纳米管供电还为时尚早,她表示:“碳纳米管的作用首先得经过真正操作环境测试才行。”

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