便宜、高效的電極為氫燃料開創新路

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水電解

夢想有一個 “氫燃料的社會經濟” , 可以把氣體當再生能源儲存,當用於水電解的便宜高效催化劑被宣布候,我們又離這夢想更近一步了。這項科技也可提供更乾淨的氫原料給目前需要用的地方。

可再生能源,像是太陽能跟風力現在都比化石燃料便宜,而且還不計算汙染的代價。 不過它們還是有間歇的問題,假如沒有太陽或沒有風的時候怎麼辦?

當電池科技一直在進步,還是有強而有力的論點說氫是儲存能量很好的方法。在這模型裡面,我們用太陽天多餘的能量靠電解法來分解氫,然後儲存它,為了被燃燒或是用在燃料電池裡當需要的時候。

其中最大的問題就是要找到有效率的電極(特別是陽極)來做分解。有效率的電極是存在的,但它需要鉑族金屬的氧化物,像是銥或釕來作為催化劑。銥比一半的金要貴,就算是釕也貴到不能大量使用。

新南威爾士大學的副教授Chuan Zhao 說比較便宜的陰極可以使用。不過在 Nature 裡他寫道 “陰極製造的H2 被在陽極上析氧反應的緩慢動力給受很大的限制。” 目前陽極可以很便宜或很快,但無法兩樣俱全。

Zhao認為這可以被改變。 他在Nature 裡的文章報告,用電鍍鎳跟鐵的催化劑到鎳泡沫體上。這泡沫體有許多比頭髮大一倍寬的洞,而催化劑形成的毛孔只有那些洞的四分之一大。Zhao說“電極的立體結構表示它有一個很大的面積讓析氧反應可以發生。"

鎳泡沫體

Credit: UNSW Australia. 泡沫鎳多孔結構提供了一個巨大的領域給催化反應. 比例尺200 µm.

Zhao說 “越大的空氣泡泡可以更容易從泡沫體的大洞逃出。” 但是,那表面很有親水性, 在過程中會吸引水和分散氧氣。它有辦法帶動需要推動氧氣生產的高電流。

Zhao說還需要很多的工作才可以了解 “為什麼金屬這麼有活性” 而這可以做出更好的版本。他認為這效率高到可以研究如何擴展這系統到商業規模上。鎳泡沫體以商業上的考量很便宜,Zhao說 “鎳和鐵是地球上兩個最普遍的金屬。”

這系統不適合分解海水,但Zhao相信它在分解關閉系統裡的水或發動氫能汽車,有很光明的前途 。目前氫的生產都是用化石燃料因為它還是比電解法便宜,但這也許會改變假如Zhao的系統可以被商業化。電極製造和能源投入是兩個讓電解法很貴的原因。

鎳鐵電池

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來源: Iflscience