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1839年,英国科学家威廉·格罗夫研制成第一个燃料电池。然而,由于价格昂贵而备受冷落。直到美国国家航空和宇宙航天局重新利用这一装置,为“阿波罗”号飞船、“双子座”号飞船、太空实验室和太空穿梭机的宇航员们解决提供电力问题的时候,这一技术依然令人不敢问津——每发电1000瓦,需要10万美元。到了20世纪末,燃料电池才成了能源领域新宠儿,再领风骚。原因就在于制造商正在学习如何加快燃料电池的生产速度和降低成本,所需资金与常规发电方式的花费已经相差无几了。尤其是人们对环保的关注,更使燃料电池有可能成为主要发电方式。
目前,世界各国已经试用和正在研制中的燃料电池,其主要类型有:
熔融碳酸盐型燃料电池 这种燃料电池是在600-700℃的高温下运转,因而其化学反应异常活跃,它使用的是天然气燃料,不仅含氢,而且还含有一氧化碳,甚至还能使用煤气等含氢纯度低的燃料,其发电效率可达50%左右。此外,以熔融碳酸盐型燃料构成的发电系统,还可利用其高温排热,与汽轮机相结合,实现复合发电,能使发电效率提高到55%以上。
固体电解质型燃料电池 它是电解质用的陶瓷化合物,因而可达800-1000℃的高温下运转,发电效率可达60%以上,为大型火力发电厂效率的105倍左右。这种燃料电池可在本世纪用作地区分散型电源供电。
碱型燃料电池 这类燃料电池必须使用纯氢作为燃料。由于其成本极高,所以目前尚难推广和普及。专家认为,碱型燃料电池只有在当氢能时代到来时,才能用于一般领域以及民用。
血红蛋白型燃料电池 这种燃料电池所需要的氧是从海水中提取的,是利用一种经过遗传工程处理的“血红蛋白型”载体分子组成的亚铁基液体。以“血红蛋白”从海水中提取“游离氧”构成的燃料电池的发电系统,具有设备小、重量轻、发电效率高等特点。它将是海上船舶和水下潜艇等理想的动力和电源。
细菌型燃料电池 这种燃料电池的介质成分主要是糖类,一种特殊细菌可将糖分子分解并使其具有电能量,其中包括电子在分子间的保健,使电子在细菌和阴极间流动,形成电流。这种燃料电池可用于未来的农、牧、渔业用电子动力装置,以及家用电器等。
磷酸型燃料电池 这类燃料电池是使用氢纯度极高的天然气或甲醇作燃料,在200℃温度下运转,发电效率可达40%左右。但是,这个过程需要添加一些铂催化剂促进反应,所以使其成本增高,并且因铂催化剂粒径逐渐增大、结块,又缩短了其使用寿命。
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燃料电池技术终于突破“瓶颈”
美国能源部布鲁克海文国家实验室的研究人员日前表示,他们解决了燃料电池中关键的铂催化剂溶解问题,这为燃料电池在电动汽车上的广泛应用创造了条件。
在电动汽车使用的燃料电池中,金属铂是加速电池化学反应最有效的催化剂成分。然而,当电动汽车不时停车与行驶时,燃料电池的化学反应会导致铂发生溶解,而使催化剂的效率降低,这一问题严重影响了燃料电池在汽车上的应用。
为解决铂的溶解问题,研究人员将金原子沉积在金属铂上。在实验室模拟的燃料电池驱动汽车运行环境中,金原子保证了铂在进行汽车加速稳定测试时完好无缺。此研究成果刊登在最新出版的《科学》杂志上。
在开发新技术的过程中,研究人员用金取代铜在铂的表面形成了单层金保护结构。借助X射线探测手段,他们通过了解铂的氧化程度及其结构变化,进而知道金保护层对铂的保护效率。实验中,在电压变化范围为0.6伏特至1.1伏特的3万多次的氧化还原循环(即如同汽车不断停车和行驶)环境中,具有金保护层的铂催化剂性能十分稳定。
人们认为燃料电池将成为一个主要的清洁能源,在交通方面会有重要的应用。然而,尽管它具有许多的优点,但是现有燃料电池技术却限制了它的发展,其中包括铂阴极催化剂的溶解,在此前的测试中,铂催化剂5天内损失了45%。采用新技术在铂上沉积金原子后,研究小组获得的实验结果显示有望解决铂溶解的问题。在下一步的研究中将利用真正的燃料电池进行试验,并获得相同的结果。
目前,世界各国已经试用和正在研制中的燃料电池,其主要类型有:
熔融碳酸盐型燃料电池 这种燃料电池是在600-700℃的高温下运转,因而其化学反应异常活跃,它使用的是天然气燃料,不仅含氢,而且还含有一氧化碳,甚至还能使用煤气等含氢纯度低的燃料,其发电效率可达50%左右。此外,以熔融碳酸盐型燃料构成的发电系统,还可利用其高温排热,与汽轮机相结合,实现复合发电,能使发电效率提高到55%以上。
固体电解质型燃料电池 它是电解质用的陶瓷化合物,因而可达800-1000℃的高温下运转,发电效率可达60%以上,为大型火力发电厂效率的105倍左右。这种燃料电池可在本世纪用作地区分散型电源供电。
碱型燃料电池 这类燃料电池必须使用纯氢作为燃料。由于其成本极高,所以目前尚难推广和普及。专家认为,碱型燃料电池只有在当氢能时代到来时,才能用于一般领域以及民用。
血红蛋白型燃料电池 这种燃料电池所需要的氧是从海水中提取的,是利用一种经过遗传工程处理的“血红蛋白型”载体分子组成的亚铁基液体。以“血红蛋白”从海水中提取“游离氧”构成的燃料电池的发电系统,具有设备小、重量轻、发电效率高等特点。它将是海上船舶和水下潜艇等理想的动力和电源。
细菌型燃料电池 这种燃料电池的介质成分主要是糖类,一种特殊细菌可将糖分子分解并使其具有电能量,其中包括电子在分子间的保健,使电子在细菌和阴极间流动,形成电流。这种燃料电池可用于未来的农、牧、渔业用电子动力装置,以及家用电器等。
磷酸型燃料电池 这类燃料电池是使用氢纯度极高的天然气或甲醇作燃料,在200℃温度下运转,发电效率可达40%左右。但是,这个过程需要添加一些铂催化剂促进反应,所以使其成本增高,并且因铂催化剂粒径逐渐增大、结块,又缩短了其使用寿命。
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燃料电池技术终于突破“瓶颈”
美国能源部布鲁克海文国家实验室的研究人员日前表示,他们解决了燃料电池中关键的铂催化剂溶解问题,这为燃料电池在电动汽车上的广泛应用创造了条件。
在电动汽车使用的燃料电池中,金属铂是加速电池化学反应最有效的催化剂成分。然而,当电动汽车不时停车与行驶时,燃料电池的化学反应会导致铂发生溶解,而使催化剂的效率降低,这一问题严重影响了燃料电池在汽车上的应用。
为解决铂的溶解问题,研究人员将金原子沉积在金属铂上。在实验室模拟的燃料电池驱动汽车运行环境中,金原子保证了铂在进行汽车加速稳定测试时完好无缺。此研究成果刊登在最新出版的《科学》杂志上。
在开发新技术的过程中,研究人员用金取代铜在铂的表面形成了单层金保护结构。借助X射线探测手段,他们通过了解铂的氧化程度及其结构变化,进而知道金保护层对铂的保护效率。实验中,在电压变化范围为0.6伏特至1.1伏特的3万多次的氧化还原循环(即如同汽车不断停车和行驶)环境中,具有金保护层的铂催化剂性能十分稳定。
人们认为燃料电池将成为一个主要的清洁能源,在交通方面会有重要的应用。然而,尽管它具有许多的优点,但是现有燃料电池技术却限制了它的发展,其中包括铂阴极催化剂的溶解,在此前的测试中,铂催化剂5天内损失了45%。采用新技术在铂上沉积金原子后,研究小组获得的实验结果显示有望解决铂溶解的问题。在下一步的研究中将利用真正的燃料电池进行试验,并获得相同的结果。