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氢能——将世界带入清洁能源

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2020-10-10     浏览次数:    

氢气是宇宙中最丰富的元素。它是一种无味,无毒,无腐蚀性的气体,在空气中容易燃烧,会产生大量的热量,零温室气体和足够纯净的副产品水。

“氢经济”被许多人视为我们对石油和其他化石燃料的依赖的自然替代。通过电解水,我们创建了其基本元素氢和氧,它们可以用作点火产物。或者通过将燃料电池中的氢与氧气化学融合,我们可以发电。

|汽车的未来


燃料电池就是运行氢动力车辆的数量,并且该技术正在应用于汽车,卡车,公共汽车,叉车和船上。零排放列车也正在开发中,作为全球“液压”项目的一部分。如今,更好的汽车制造需要科学来改善诸如储气和电解之类的关键技术,同时在高速公路上安装诸如氢气站之类的重要基础设施。

传统的氢气罐以10,000 psi(700 bar)的压力存储气体,约为汽车轮胎压力的300倍。这就需要加固且相对昂贵的储气罐。由西北大学科学家领导的研究人员开发了一种类似海绵的金属材料,可以使这种高度易燃气体的存储更加安全,并提高储罐容量。

经过特殊设计的多孔金属有机框架(称为NU-1501)将液体或气体粘合到其表面,从而降低了存储氢所需的压力。反过来,这减小了燃料电池汽车所需油箱的尺寸并扩大了其行驶距离。

|速度需求


改善燃料电池效率的更好的催化剂是改进氢动力汽车的另一种方法。通过结合廉价,丰富的镍,钼和镁元素,研究人员开发了一种持久的催化剂,该催化剂可将温室气体中的二氧化碳和甲烷再循环为氢气。

日本开发的另一种方法是使用光和由氧化铁制成的催化剂(简单的防锈剂)来加快制氢速度。该团队使用的是水-甲醇溶液而不是水,该催化剂的活性是二氧化钛的25倍,可在超过400小时内产生稳定的氢气。

在美国,科学家团队发现了使用创新催化剂为氢气生产提供动力的方法,这些催化剂可能导致将天然气用作存储能量的方法。一个开发了与导电聚合物电极相连的镍铁催化剂,以降低氢气捕获的成本,另一个则改进了高温电解程序,以创建一个全新的过程。


在爱达荷州国家实验室,高级工程师Dong Ding及其同事使用一种名为钙钛矿的矿物改进了高温电解中使用的质子陶瓷电化学电池。它们的进步降低了反应温度,加快了生产速度,并且易于逆转。实际上,它们的突破可以将多余的电能和水转化为氢气用作燃料,也可以将氢气转化为电能。然后,多余的电能可以以气体的形式存储,并在需要时释放以供再利用。

太阳能在可再生能源中的重要性将继续增长,但是它可以为清洁能源提供动力的另一种方式是水的分解。光催化利用水和阳光产生氢。日本的研究人员用紫外线和特殊的催化剂混合物进行实验,以近100%的效率分解水。

可见光的效率较低,但研究小组估计,即使达到30%,该过程也将彻底改变太阳能氢的生产。

最后,燃料电池制造方式的创新可以提高其功率,并且可以消除存储和运输氢气的需求。使用高功率硼氢化物技术开发的液体燃料电池的工作电压是传统氢燃料电池的两倍,可以为无人水下航行器和电动飞机提供动力。

圣路易斯华盛顿大学的工程师说,液体燃料电池还可以用于扩展市场上已有的电池驱动汽车的范围。

来源:维普知识


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