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美國設(shè)計(jì)新系統(tǒng)從海水中提取氫氣可用于燃料電池車

時(shí)間:2023-04-14 09:18來源:蓋世汽車作者:Fairy

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據(jù)外媒報(bào)道，美國能源部SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室（SLAC National Accelerator Laboratory）與斯坦福大學(xué)（Stanford University）的研究人員與俄勒岡大學(xué)（University of Oregon）以及曼徹斯特城市大學(xué)（Manchester Metropolitan University）合作找到了一種方法，通過一個(gè)雙模系統(tǒng)與電力匯集海水，以從海洋中提取氫氣。事實(shí)證明，該創(chuàng)新設(shè)計(jì)成功地生成了氫氣，同時(shí)沒有產(chǎn)生大量有害的副產(chǎn)品。該項(xiàng)研究成果可能有助于推動(dòng)低碳燃料的生產(chǎn)。

提取氫氣的雙模系統(tǒng)（圖片來源：SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室）

氫氣是一種低碳燃料，目前在很多方面都有應(yīng)用，例如，用于驅(qū)動(dòng)燃料電池車，以及作為一種長時(shí)間儲(chǔ)能燃料，其適用于為電網(wǎng)存儲(chǔ)數(shù)周、數(shù)月或更長時(shí)間的能量。

研究人員表示，很多人嘗試制造氫氣都是使用淡水或淡化水，但此類方式既貴又耗能。經(jīng)過處理的水更容易處理因?yàn)槠浜懈俚奈镔|(zhì)（化學(xué)元素或分子）漂浮在周圍。不過，凈化水非常昂貴，還需要能源，并且增加了設(shè)備的復(fù)雜性。另一種選擇是采用天然淡水。淡水除了是地球上的有限資源外，還含有一些雜質(zhì)，對(duì)于現(xiàn)代氫氣提取技術(shù)而言也是個(gè)問題。

為了處理海水，研究小組采用了一個(gè)雙極（雙層）薄膜系統(tǒng)，并采用電解（一種用電來驅(qū)動(dòng)離子或帶電元素以進(jìn)行預(yù)期反應(yīng)的方法）對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。研究人員通過控制海水系統(tǒng)中最有害的元素——氯化物，來開始進(jìn)行設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)中的雙極膜系統(tǒng)可獲得制造氫氣所需的條件，并減輕氯離子進(jìn)入反應(yīng)中心的危險(xiǎn)。

理想的薄膜系統(tǒng)主要有三個(gè)功能：從海水中分離氫氣與氧氣；幫助移動(dòng)有用的氫離子與氧離子，同時(shí)限制其他海水離子；幫助防止不必要的反應(yīng)。這三種功能結(jié)合在一起是很困難的，研究團(tuán)隊(duì)的研究目標(biāo)就是探索將這三種需求有效結(jié)合的系統(tǒng)。

具體而言，在實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)子，即正氫離子，穿過其中一層膜，到達(dá)一個(gè)地方，在該位置，它們被收集起來，并通過與負(fù)電荷電極（陰極）相互作用變成氫氣。系統(tǒng)中的第二層膜只允許氯化物等負(fù)離子穿過。

斯坦福大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院研究生Daniela Marin表示，作為額外的保障，一層膜包含固定在膜上的負(fù)電荷基團(tuán)，從而使得氯離子等其他帶負(fù)電荷的離子更難移動(dòng)到它們不該去的地方。在研究小組的實(shí)驗(yàn)中，此種帶有負(fù)電荷的薄膜被證明可以高效地阻擋幾乎所有氯離子，而且該系統(tǒng)的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生漂白劑和氯等有毒副產(chǎn)品。

研究人員表示，除了設(shè)計(jì)海水-氫膜系統(tǒng)之外，該研究還對(duì)海水離子如何穿過薄膜提供了更好的理解。這些知識(shí)可以幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)出更強(qiáng)大的薄膜，以用于其他用途，如用于生產(chǎn)氧氣。

接下來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過采用更豐富、更容易開采的材料來改進(jìn)電機(jī)和膜。該團(tuán)隊(duì)表示，此種設(shè)計(jì)的改進(jìn)可以使電解系統(tǒng)更容易擴(kuò)展應(yīng)用到能源密集型行業(yè)（如交通部門），以產(chǎn)生氫氣。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：氫氣，燃料電池車

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