新能源福音：一節普通電池即可電解水

2023-06-29 09:03:10 2

    [泡泡網 前沿電子頻道] 科學日報報導，近日美國史丹福大學化學系教授戴宏傑(Hongjie Dai)和同事研發了一款廉價零排放的電解設備，這款設備利用1.5伏特的電池在室溫下可將水分解成氫和氧。2015年美國消費者將能夠從日本豐田公司和其他製造商那裡購買到燃料電池汽車。儘管被譽為零排放汽車，大多數車輛都利用來自天然氣，天然氣這種礦物燃料將導致全球變暖。

　　現在史丹福大學的科學家們研發了低成本零排放的設備，只要利用一節普通的AAA電池就可以通過水電解產生氫。電池會通過兩個電極發送電流，導致水分解成氫和氧氣。與其它利用寶貴的金屬催化劑的水電解器不同，這款最新設備的電極是由成本並不昂貴且大量存在的鎳和鐵製成的。

　　「利用便宜的鎳和鐵，我們就能夠使電催化劑足夠活躍從而在室溫環境下利用1.5伏電池分解水。」 戴宏傑教授說道。「這是首次利用不珍貴的金屬催化劑在低電壓下分解水，這非常不可思議，因為一般都需要昂貴的金屬，例如鉑金和銥來獲得如此低的電壓。」

　　除了產生氫，新的水分離器還能夠用於製造氯氣和氫氧化鈉，後者是一種重要的工業化學物。戴教授和同事將這些最新發明發表在8月22日的期刊《自然通信》上。

　　汽車製造商一直都認為氫燃料是未來汽油發動機非常有前景的替代物。燃料電池技術本質上來說是逆向的水分解。一個燃料電池結合了存儲的氫和空氣中的氧以產生電，從而驅動汽車。唯一的副產品是水——這與汽油燃燒有所不同，後者會產生溫室氣體二氧化碳。

　　今年早期，韓國現代集團開始在美國南加州出售燃料電池汽車。日本豐田公司和本田汽車公司也將在2015年開始出售燃料電池汽車，大多數汽車將利用在大型工業廠房製造的燃料，這些燃料是通過結合非常炙熱的蒸汽和天然氣產生氫，這個能量密集的過程會釋放二氧化碳作為副產品。

　　將水分解以製造氫並不需要化石燃料，也不會釋放溫室氣體。但科學家們還未研發出可應用於工業規模的可行、活躍的水分離器和催化劑。「這是幾十年一直追逐的目標，製造出低成本、高活躍性和長期耐久性的電催化劑。當我們發現基於鎳的催化劑和鉑金一樣有效時，這完全出人意料。」

　　這一催化劑是由研究合作作者、史丹福大學研究生龔明（Ming Gong）發現的。「明發現了一個鎳金屬/鎳氧結構，它比純鎳金屬或者純鎳氧都要更活躍。」戴教授說道「這種新穎的結構支持氫電催化，但我們仍然無法完全理解背後的科學。」

　　這種鎳/鎳氧催化劑極大的降低了分解水所需的電壓，這將最終為氫製造商在電力成本方面節省幾十億美元，龔解釋道。他接下來的目標是提高這一設備的持久性。「電極相對穩定，但它們仍然會隨著時間的推移而緩慢衰減。基於我最近的結果，這一目標是可以實現的。」

　　研究人員還計劃研發一個以太陽能產生的電驅動的水分解器。「氫是驅動車輛、建築物和存儲輸電網裡可再生能源的理想燃料，」戴教授說道。「我們非常慶幸能夠製造一個活躍且低成本的催化劑。這顯示了通過材料的納米工程我們能夠改變製造燃料和消耗能量的方式。」

張彬彬（Weibo：）
編輯辣評：按照這種技術的說法，那是不是將來我們的汽車什麼的就能用電池產生的氫為動力源了。另外，這種能源是否具備這麼大的能量，還有就是這種能源的安全性，這些都是值得考證的問題。■