任何完全依靠太阳能或者风能产生电力的过程——比如,从远程切断电网——可以使用廉价的方式存储电力以备晚间或者无风时使用。23日,在波示顿举行的美国化学学会会议上,研究人员宣布了一项这方面取得的进展:用太阳能电池板或其他来源产生的电力分解水,产生的氢燃料可以用来以燃料电池或者发电机的形式随时发电。
由麻省理工学院化学教授丹尼尔•诺塞拉(Daniel Nocera)领导的研究团队表示,他们已经改进了这一过程:用可能存在的低成本催化剂促进用电流分解水产生氢气和氧气的反应,即所谓的电解。诺塞拉说,这种催化剂能使商业电解槽的价格比传统的电解槽降低约25%~60%,而且这也让它们在小规模使用,比如家用方面,比较实用。
诺塞拉的成果是其在模拟光合作用(植物将阳光转变成有用分子的过程)取得成就中的一部分。使用电子分解水是人工光合作用中重要一环,诺塞拉想通过Sun Catalytix公司(他在马萨诸塞州剑桥成立的一家新创公司)将水的分解过程这一技术商业化。这一反应过程可以使用任何电力来源产生的电力。
水的分解反应包括将两种独立的催化剂电镀到两个电极上。一种催化剂促进氢气的产生;另一种催化剂促进氧气的产生,这是最具挑战性的一步,这一过程也决定了反应的好坏。2008年,诺塞拉首先宣布了能产生氧气的新催化剂,但是这些催化剂的催化作用并不快。而今,产生氧气的速度增加了20倍。其中的关键就在于现在可以将催化剂沉积到多孔电极上,可以增加一定面积内催化剂的量。但是其速度要增加10倍才可以比得上商业化电解槽的水平。
当商业化的电解槽中使用的催化剂需要酸性或者强碱性溶液时,诺塞拉的方法可以在普通的中性水中起作用。他表示,其催化剂甚至可以与来自河流或海洋的水起反应,这使其对用户的小规模应用来说非常实用和便宜。他的设想是,在一些不能接入电网的穷乡僻壤将一个30美元的小电解槽与太阳能电池板、燃料电池或发电机相连。他表示,使用当地河水或者海水的能力将会显得尤为突出,因为在这些地方不易得到干净的水。
在这一点上,所有成本都可以估算,因为Sun Catalytix公司还有没有将产品推向市场。位于科罗拉多州戈登市的国家可再生能源实验室的研究员人约翰•特纳(John Turner)表示,诺塞拉的研究结果很有前景,但是“问题也不少”。比如,虽然最初的实验表明这种催化剂可以与河水、海水起反应,但是并没有说明在这种条件下,可以持续多长时间。他认为,诺塞拉的研究成果,转化为商业化的设备还有很长的路要走。
氢燃料时代的快速催化剂
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