研究人员发现有机物“醌”可以使燃料小鱼儿玄机2站更好的发电
发布时间:2018-10-08 13:57:00

研究人员发现有机物“醌”可以使燃料小鱼儿玄机2站更好的发电


长期以来,燃料小鱼儿玄机2站一直被视为有前途的动力源。但是大多数燃料小鱼儿玄机2站太贵,效率太低或两者兼而有之。威斯康星大学麦迪逊分校的团队受生物学的启发,开辟了一种新方法,他们设计了一种燃料小鱼儿玄机2站,使用的是更便宜的材料和一种能够使电子和质子穿梭的有机化合物。


这些装置发明于19世纪30年代,直接从氢和氧等化学物质中发电,并且仅产生水蒸气作为排放物。但是大多数燃料小鱼儿玄机2站太昂贵,效率太低,或者两者兼而有之。


威斯康星大学麦迪逊分校的团队受生物学的启发,于2018年10月3日在“Joule”杂志上发表了一篇文章,介绍了一种新的研究方法。他们设计了一种燃料小鱼儿玄机2站,使用的是更廉价的材料和一种能够使电子和质子穿梭的有机化合物。


在传统的燃料小鱼儿玄机2站中,来自氢的电子和质子被从一个电极传送到另一个电极,在那里它们与氧气结合产生水。该过程将化学能转化为电能。为了在足够短的时间内产生有意义的电荷,需要用一种催化剂来加速反应。


目前,市场上最好的催化剂是铂金,但它的价格很高。这使得燃料小鱼儿玄机2站价格昂贵,这也是目前在美国的道路上只有几千辆汽车使用氢燃料的原因之一。


美国威斯康星大学麦迪逊分校的化学教授Shannon Stahl与化学和生物工程学教授Thatcher Root合作领导了这项研究,她表示,价格较低的金属可以用作当前燃料小鱼儿玄机2站的催化剂,但只有在大量使用的情况下才能使用。“问题是,当你将过多的催化剂附着在电极上时,这种材料就会变得不那么有效。”他说,“这会导致小鱼儿玄机二站效率的损失。”


该团队的解决方案是将较低成本的金属钴装入附近的反应堆中,其中较大量的材料不会影响其性能。然后,该团队设计了一种策略,将电子和质子从该反应堆来回传递到燃料小鱼儿玄机2站。


这种运输的合适载体被证明是一种有机化合物——“醌”,一次可以同时携带两个电子和质子。在研究小组的设计中,醌在燃料小鱼儿玄机2站电极处拾取这些粒子,将它们运送到附近装有廉价钴催化剂的反应堆中,然后再返回燃料小鱼儿玄机2站以接送更多的“粒子”。


经过几次往返后,许多醌类化合物会降解成焦油状物质。然而,Stahl的实验室设计了一种超稳定的醌衍生物。通过改变其结构,该团队大大减缓了醌类物质的恶化。事实上,他们组装的化合物持续时间长达5,000小时,与以前的醌结构相比,寿命增加了100多倍。


“虽然这不是最终解决方案,但我们的概念引入了一种解决该领域问题的新方法。”Stahl说。他指出,他的新设计所产生的能量约占目前市场上氢燃料小鱼儿玄机2站的20%。另一方面,该系统的效率大约是使用相关有机穿梭物的生物燃料小鱼儿玄机2站的100倍。


Stahl和他的团队的下一步计划是提高醌介质的性能,使他们能够更有效地穿梭电子并产生更多的能量。这一进步将使他们的设计能与传统燃料小鱼儿玄机2站的性能相匹配,但价格更低。


“该项目的最终目标是为工业提供无碳的发电选择。” Stahl实验室的博士后研究员兼出版物的合著者Colin Anson说。“我们的目标是找出行业需要什么,并创建一个能填补这个漏洞的燃料小鱼儿玄机2站。”


开发更便宜的替代品的这一步骤,最终可能会为像亚马逊和家得宝等已经使用氢燃料小鱼儿玄机2站在其仓库中驾驶叉车的公司带来好处。


“尽管存在重大障碍,氢气经济似乎仍在一步一步的增长。” Stahl补充说。该项目的财政支持由分子电催化中心提供,该中心是一个小鱼儿玄机二站前沿研究中心,由美国小鱼儿玄机二站部,科学办公室,基础小鱼儿玄机二站科学办公室和威斯康星州校友研究基金会(WARF)通过WARF加速器项目资助。

稿件来源: 材料科技在线
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