新能源福音：一節(jié)普通電池即可電解水

科學(xué)日報(bào)報(bào)道，近日美國斯坦福大學(xué)化學(xué)系教授戴宏杰(Hongjie Dai)和同事研發(fā)了一款廉價(jià)零排放的電解設(shè)備，這款設(shè)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(fèi)者將能夠從日本豐田公司和其他制造商那里購買到燃料電池汽車。盡管被譽(yù)為零排放汽車，大多數(shù)車輛都利用來自天然氣，天然氣這種礦物燃料將導(dǎo)致全球變暖。

只要利用一節(jié)普通的AAA電池就可以通過水電解產(chǎn)生氫

現(xiàn)在斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們研發(fā)了低成本零排放的設(shè)備，只要利用一節(jié)普通的AAA電池就可以通過水電解產(chǎn)生氫。電池會通過兩個(gè)電極發(fā)送電流，導(dǎo)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(shè)備的電極是由成本并不昂貴且大量存在的鎳和鐵制成的。

“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(huán)境下利用1.5伏電池分解水。” 戴宏杰教授說道。“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?yàn)橐话愣夹枰嘿F的金屬，例如鉑金和銥來獲得如此低的電壓。”

除了產(chǎn)生氫，新的水分離器還能夠用于制造氯氣和氫氧化鈉，后者是一種重要的工業(yè)化學(xué)物。戴教授和同事將這些最新發(fā)明發(fā)表在8月22日的期刊《自然通信》上。

汽車制造商一直都認(rèn)為氫燃料是未來汽油發(fā)動機(jī)非常有前景的替代物。燃料電池技術(shù)本質(zhì)上來說是逆向的水分解。一個(gè)燃料電池結(jié)合了存儲的氫和空氣中的氧以產(chǎn)生電，從而驅(qū)動汽車。唯一的副產(chǎn)品是水——這與汽油燃燒有所不同，后者會產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳。

今年早期，韓國現(xiàn)代集團(tuán)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(shù)汽車將利用在大型工業(yè)廠房制造的燃料，這些燃料是通過結(jié)合非常炙熱的蒸汽和天然氣產(chǎn)生氫，這個(gè)能量密集的過程會釋放二氧化碳作為副產(chǎn)品。

將水分解以制造氫并不需要化石燃料，也不會釋放溫室氣體。但科學(xué)家們還未研發(fā)出可應(yīng)用于工業(yè)規(guī)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(biāo)，制造出低成本、高活躍性和長期耐久性的電催化劑。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)基于鎳的催化劑和鉑金一樣有效時(shí)，這完全出人意料。”

這一催化劑是由研究合作作者、斯坦福大學(xué)研究生龔明(Ming Gong)發(fā)現(xiàn)的。“明發(fā)現(xiàn)了一個(gè)鎳金屬/鎳氧結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)支持氫電催化，但我們?nèi)匀粺o法完全理解背后的科學(xué)。”

這種鎳/鎳氧催化劑極大的降低了分解水所需的電壓，這將最終為氫制造商在電力成本方面節(jié)省幾十億美元，龔解釋道。他接下來的目標(biāo)是提高這一設(shè)備的持久性。“電極相對穩(wěn)定，但它們?nèi)匀粫S著時(shí)間的推移而緩慢衰減。基于我最近的結(jié)果，這一目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。”

研究人員還計(jì)劃研發(fā)一個(gè)以太陽能產(chǎn)生的電驅(qū)動的水分解器。“氫是驅(qū)動車輛、建筑物和存儲輸電網(wǎng)里可再生能源的理想燃料，”戴教授說道。“我們非常慶幸能夠制造一個(gè)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制造燃料和消耗能量的方式。”