燃料也能變電池 清潔高效還方便

說(shuō)到燃料，大家會(huì)想到什么?中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里常用的乙醇?或是火電廠里發(fā)光發(fā)熱的煤炭?抑或是可以讓氣球飄起來(lái)的氫氣?你是否知道這些燃料也可以變成電池，未來(lái)有一天也能像鋰電池一樣，充斥我們的生活?

但受制于目前鉑基催化劑昂貴的成本和有限的使用壽命，燃料電池沒(méi)辦法被大規(guī)模應(yīng)用，開(kāi)發(fā)新型廉價(jià)的非貴金屬催化劑，一直是燃料電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。而在浙江省自然科學(xué)基金等的資助下，近期來(lái)自溫州大學(xué)的楊植博士和黃少銘教授課題組，研制出了一種較為廉價(jià)的催化劑，有望替代貴金屬鉑基催化劑，應(yīng)用在燃料電池中。該項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

這項(xiàng)研究還得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家杰出青年基金、浙江省科技廳項(xiàng)目以及浙江省化學(xué)重中之重學(xué)科的資助。

催化劑制約燃料電池發(fā)展

據(jù)楊植博士介紹，這是一種簡(jiǎn)單的、通用的基于霧化乙醇輔助熱解途徑，來(lái)制備碳納米管陣列/過(guò)渡金屬氧化物(氧化錳、氧化鋅、氧化鎳、四氧化三鐵、二氧化鈦)復(fù)合材料的新方法，采用該法制備的二氧化錳/碳納米管陣列復(fù)合材料，在堿性環(huán)境中呈現(xiàn)優(yōu)異的氧還原電催化性能，可望作為一種替代的貴金屬鉑基催化劑，應(yīng)用在燃料電池陰極。

要想了解這成果到底有什么意義，首先得了解一下，到底什么是燃料電池。

百度百科上解釋?zhuān)喝剂想姵厥且环N將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能，直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來(lái)。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”，而是一個(gè)“發(fā)電廠”。

楊植博士則更進(jìn)一步向我們介紹了燃料電池：“燃料電池，從字面上看，是由燃料和電池兩個(gè)詞組成的。燃料，通常是指能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)釋放出能量的物質(zhì)。燃料有許多種，最常見(jiàn)的如煤炭、天然氣、乙醇等，它們的主要成分是含碳或碳?xì)溲趸衔?。而燃燒的話可以把燃料所蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，然后再通過(guò)設(shè)備轉(zhuǎn)化成電能，如火力發(fā)電。但是這樣中間會(huì)產(chǎn)生很多損耗，燃料的利用率不高，而燃料電池就是直接能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。”

燃料電池高效清潔環(huán)保

相信不少人看到這可能要問(wèn)一句，那燃料電池有什么優(yōu)勢(shì)呢?

“對(duì)燃料電池的闡述，就是燃料電池的其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)—高效。”楊植博士解釋?zhuān)牧硪粋€(gè)優(yōu)勢(shì)，就是清潔環(huán)保，“如果直接燃燒煤，不僅能源損耗大，還會(huì)產(chǎn)生粉塵等，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染。而燃料電池不會(huì)，它的產(chǎn)物通常只有二氧化碳和水，所以它是一種清潔高效的能源。”

既然它是一種清潔高效的能量來(lái)源，為何“燃料電池”這幾個(gè)字看著有點(diǎn)陌生呢?

楊植博士表示，確實(shí)市面上的燃料電池并不多，因?yàn)檫@種電池需要催化劑來(lái)加以運(yùn)作，對(duì)催化劑的要求很高，這就是研發(fā)的難點(diǎn)，也是燃料電池沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用的原因之一。“就拿氫氣和氧氣反應(yīng)的燃料電池來(lái)說(shuō)，要讓氫氣轉(zhuǎn)變成氫離子，氧氣變成氫氧根，并不是一件容易的事情，目前而言，能實(shí)現(xiàn)這樣催化效果的催化劑，主要是鉑或者鉑合金。但大家也都知道，鉑這玩意不便宜，這也制約了燃料電池的發(fā)展。”

因此開(kāi)發(fā)其他能和鉑基催化劑催化效果媲美且成本又不高的材料，或許能夠推動(dòng)燃料電池的發(fā)展和應(yīng)用。