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[導(dǎo)讀] 眾所周知,鉑很昂貴,也是電動(dòng)汽車其中一種能源-氫燃料電池得以大規(guī)模應(yīng)用的嚴(yán)重障礙之一,因?yàn)闅淙剂想姵匦枰褂勉K。但是,據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)普林斯頓大學(xué)(Princeton University)生物

眾所周知,鉑很昂貴,也是電動(dòng)汽車其中一種能源-氫燃料電池得以大規(guī)模應(yīng)用的嚴(yán)重障礙之一,因?yàn)闅淙剂?u>電池需要使用鉑。但是,據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)普林斯頓大學(xué)(Princeton University)生物和化學(xué)工程系教授Bruce E. Koel領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功尋找了一種更便宜的鉑材料替代品。研究人員表示,找到了一種以鉿為基礎(chǔ)的化合物,工作效率約是鉑材料的60%,但是成本卻僅為鉑材料的五分之一左右。

燃料電池的工作原理是將存儲(chǔ)在氫原子中的能量直接轉(zhuǎn)化為電能。美國(guó)宇航局(NASA)長(zhǎng)期以來(lái),一直使用燃料電池為衛(wèi)星以及其他太空任務(wù)提供動(dòng)力,現(xiàn)在也開(kāi)始用于電動(dòng)汽車和公共汽車。氫是星球和宇宙中最簡(jiǎn)單、最豐富的元素。

從最基本的來(lái)說(shuō),燃料電池通過(guò)將氫分裂成質(zhì)子和電子來(lái)發(fā)電。質(zhì)子流過(guò)膜與氧氣結(jié)合形成水,帶負(fù)電荷的電子流向燃料電池中帶正電荷的電極,電子的流動(dòng)就是燃料電池產(chǎn)生的電流,能為發(fā)動(dòng)機(jī)或其他電子設(shè)備提供動(dòng)力,但是分裂過(guò)程需要鉑等材料作為催化劑。

催化劑也用在以氫氣為燃料的燃料電池上,以產(chǎn)生氫氣。在最理想、無(wú)化石燃料的情況下,可再生電能可在催化劑的幫助下分裂水分子(兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子),將水分解成氧氣和氫氣,而且催化劑的效率越高,分解水所需的能量就越少。

有些先進(jìn)的燃料電池,即可再生燃料電池就結(jié)合了上述兩種反應(yīng)。但是,目前大多數(shù)燃料電池依賴由獨(dú)立系統(tǒng)產(chǎn)生的氫,變成氫燃料電池。然而,目前上述兩種反應(yīng)的最佳催化劑都是鉑族貴金屬。研究人員認(rèn)為鉑很完美,鉑族貴金屬可快速、高效催化化學(xué)反應(yīng),提取氫氣,而且此類金屬能夠承受此類反應(yīng)所需的苛刻的酸性條件。

然而問(wèn)題在于鉑既稀少又很昂貴,不過(guò),研究人員覺(jué)得用于電動(dòng)汽車等的氫燃料電池并不需要鉑這種完美的材料。研究人員發(fā)現(xiàn),氫氧化鉿是一種很好的替代品,利用氮等離子體(等離子體是一種電離氣體,可在熒光燈和太陽(yáng)中找到的一種物質(zhì)狀態(tài))進(jìn)行處理,可以將氮原子吸入該材料。

此前,由于許多材料不具導(dǎo)電性因而遭到忽視。但是,研究人員發(fā)現(xiàn),用氮等離子體處理氧化鉿會(huì)形成一層薄膜材料,此薄膜可以作為一種高活性催化劑,在強(qiáng)酸條件下也可存活。雖然此種以鉿為基礎(chǔ)的薄膜的效率只有鉑的三分之二左右,但是價(jià)格卻要便宜的多。研究人員計(jì)劃下一步測(cè)試鋯,因?yàn)殇喐阋恕?/p>

雖然此種材料非常適合用于燃料電池,但是研究人員認(rèn)為,此類材料在利用催化劑電化學(xué)分解水以產(chǎn)氫作為燃料的系統(tǒng)中最有價(jià)值。而且研究人員強(qiáng)調(diào),該發(fā)現(xiàn)無(wú)法在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)價(jià)格低廉的新技術(shù)商業(yè)化。目前,制作該材料的過(guò)程非常復(fù)雜,而且僅限于實(shí)驗(yàn)室。雖然他們已經(jīng)確定了此類薄膜的性能,但是還是需要考慮到量產(chǎn)此類材料所需的工程技術(shù)。不過(guò),該研究為進(jìn)一步探索鉑替代材料打開(kāi)了大門。

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