廉价的氢能——或者至少更廉价

化学家们已经设计出更便宜的方法来利用这种普遍存在的元素的能量潜力

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未来的燃料可能是——如果它能够以足够便宜的价格制成。目前,电解槽(将水分解为其组成成分氢和氧的机器)需要催化剂,即铂,才能运行;燃料电池也需要使用铂将氢与氧重新结合,从而产生电力。问题在于,这种贵金属的成本约为每盎司1700至2000美元,这意味着除非找到成本较低的催化剂,否则氢将是一种不经济的燃料来源。但来自麻省理工学院(M.I.T.)和澳大利亚莫纳什大学的研究人员今天在《科学》杂志上报告说,他们可能找到了一种具有成本效益的解决方案。

麻省理工学院太阳能革命项目的负责人、化学家丹尼尔·诺塞拉专注于方程式的一方面:将水分解为其组成成分氢和氧分子。虽然可以很好地完成分解,但实际分离分子仍然很困难。但诺塞拉和博士后研究员马修·卡南发现,只需将金属钴和磷酸盐添加到水中,并通上电流即可实现分离。与铂相比,钴和磷酸盐的成本分别约为每盎司2.25美元和0.05美元。

诺塞拉说:“我们(已经)找到了一种方法,只需在常温常压下使用一杯水即可。” “这种东西[电极上的一层钴和磷酸盐薄膜]只是不断地从水中制造[氧气]。”


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新催化剂的灵感来自大自然;诺塞拉研究了光合作用过程中发生的一系列过程,例如植物如何利用阳光的能量来重新排列水的化学键。他设想,在未来的氢经济中,房屋的功能将很像树叶,利用太阳能为家庭供电,并将水分解为燃料——一种人工光合作用。

科罗拉多州戈尔登市国家可再生能源实验室的研究员约翰·特纳(未参与这项研究)表示,这项发现可以减少传统电解槽对铂的需求。他认为,它还可以在未来的大型氢气发生器中发挥作用,这种发生器将在巨大的田野中收集阳光中的能量,然后让电流通过水来产生大量的氢,以满足例如未来氢动力汽车车队的需求。“这就是他的进步所指向的,”他说,“找到一种替代催化剂,使我们能够在大规模上进行氧气释放(打破水或H2O的键并形成氧气),同时产生氢气。”

但这仍然在方程式的另一方面留下了大量的铂:燃料电池,它将氢和氧重新结合回水中以获取电力。澳大利亚莫纳什大学的化学家比约恩·温特-延森和他的同事们通过开发由一种特殊导电聚合物制成的燃料电池新电极来解决这个问题,这种聚合物的成本约为每盎司57美元。

在实验中,该聚合物在获取电力方面证明与铂一样有效——并且这项工作可以立即应用于迷你燃料电池,例如正在为计算机设计的燃料电池。

为了使其在氢动力汽车或发电厂的燃料电池堆的大规模应用中发挥作用,“我们需要开发一种更具三维结构的结构,以获得更厚的电极和更高的每平方厘米电流,”温特-延森说。无论如何,通过减少或消除铂,这两项研究有助于为未来的氢经济铺平道路。

Cynthia Graber is a print and radio journalist who covers science, technology, agriculture, and any other stories in the U.S. or abroad that catch her fancy. She's won a number of national awards for her radio documentaries, including the AAAS Kavli Science Journalism Award, and is the co-host of the food science podcast Gastropod. She was a Knight Science Journalism fellow at MIT.

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