美國研究人員在新一期網絡版《科學》雜誌上發表論文說,他們開發出了一種新的固體氧化物燃料電池,在用碳氫化合物——異辛烷作燃料時能源轉換效率有望達到50%。
通常內燃機的能源轉換效率不超過15%,現有氫燃料電池的效率是29%,最新混合動力汽車的效率也不過32%,因而在能源供應緊張、油價高漲的今天,這一進展頗爲引人關注。主持這一研究的美國西北大學教授巴內特樂觀地預言,這種新型燃料電池在經過更多試驗後,能廣泛應用於汽車、飛機,甚至衆多家庭。
燃料電池主要通過讓氧離子在電解液中將氫氧化而獲得電流,同時產生作爲副產品的水。過去電池的燃料一般選用純氫而很少直接用碳氫化合物(烴類)。這是因爲在燃料電池反應環境中有600至800攝氏度的高溫,能使碳氫化合物中的碳分解出來覆蓋在電極的陽極上,導致電解液無法接觸陽極,反應難以爲繼。
巴內特等研究人員分析發現,用一層以氧化鋯爲主、含有少量釕和鈰的催化重整多孔薄膜,在燃料反應時再稍許增加氧氣的量,就能有效消除碳的析出,避免陽極被碳覆蓋。此外他們還發現,用鎳作陽極的燃料電池,能比用銅作陽極的傳統燃料電池獲得更高的電能密度。在研究人員開發的一個示範性小型燃料電池上,燃料反應所產生的電能密度達到了每平方釐米0.6瓦。
巴內特認爲,現有氫燃料電池的劣勢在於,需要新建大量的氫提純工廠將碳氫化合物中的氫提取出來,如果將氫燃料電池應用於汽車上還必須新建不少“加氫站”。氫的提純、運輸和保存都需要特殊技術,大大增加了應用成本。
反之,採用異辛烷的新型固體氧化物燃料電池,相當於把氫的提純工廠“壓縮”在一個小型裝置中,而且異辛烷屬於直鏈烴類,與汽油非常類似,不需要新建基礎設施,因此這種燃料電池的前景可觀。
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