廉价电催化剂,开启全新可再生能源时代

作者:小行踪 | 来源:果壳网 | 发布: | 发布时间:2013-03-31,星期日 | 阅读:1,399

科学家最近创造出了一种突破性的廉价电催化剂,让水的电解成本和电能的存储成本大大降低,这为可再生能源的发展迈出了重要的一步,也为催化剂的研究开辟了一个崭新的领域。

催化剂的发明者Curtis Berlinguette与Simon Trudel。图片来源:University of Calgary.

加拿大卡尔加里大学的两位研究者Curtis Berlinguette与Simon Trudel最近取得了一个里程碑式的突破,他们发明了一种新型“电催化剂”(electrocatalysts),能够非常高效且廉价地将电能转化成化学能,也就是我们熟悉的水电解过程。他们的研究论文已于昨天发表在《科学》(Science)杂志上。

让氢能源不在昂贵

电催化剂,是用于在电解器中催化水分解为氢气与氧气的反应的一种特殊催化剂。这一反应生成的氢气可以存储并随时再次转化为电能,整个过程中唯一的副产品就是水,还可以被用来再利用,堪称是最为绿色的能源系统。研究人员表示,只需一个迷你冰箱大小的电解器和几升水,就能为一户人家存储和提供可再生能源,不再让太阳能面板和风力发电机发出的电能白白浪费。而且,电解器的工作中几乎没有任何碳排放。虽然电池也可以用来存储多余电能,但是相比氢来说,电池存储的效率相当之低,而且非常不环保。“氢在能源经济中所扮演的角色就是太阳能和风能的存储物。”Berlinguette说道。

但是,现有的电催化剂大多数都是用钌或铱之类的有毒稀有金属制造出的晶状金属氧化物,价格非常高昂。为了寻找一种廉价又高效的电催化剂,全世界的科学家们已经努力了许多年。

“这一突破给存储和再利用风能与太阳能提供了一个相对廉价的办法。”Berlinguette说道,“对于实现大规模的清洁能源经济来说,我们的成果意味着非常重要的一步。”如果普通人也可以用上电解器,那么就可以将自家发的电或是在谷电时期买来的廉价电能存储起来留作后用,如果有余的话,你还可以在用电高峰时期把电“卖回”给电网。

催化剂研究的全新领域

另一位研究者Trudel补充道:“我们的这项突破还为催化剂材料的制作开辟了一个崭新的领域,有着非常广阔的空间等待我们去探索。”

传统的催化剂一般都会选用那些“纯净”的有着晶状结构的材料,非结构化的材料往往都会被当成废渣遗弃。也因此,过去三十年来催化剂领域鲜少出现重大的进步。但Berlinguette与Trudel却创造出了一种全新的催化剂制造方法,他们将那些便宜、矿藏丰富又无毒的金属(比如铁、钴和镍)氧化物结合起来,形成了一种非常松散无章的非晶态材料。相比高度美观而对称的晶状体,这种非晶态材料堪称“满身是坑”,但这些“坑”却恰恰让这种结构体拥有了相当高的催化能力。“实验证明,我们研发的第一代催化剂就拥有了与现在市面上那些研发了30年之久的催化剂相同的功效。”Trudel说道。但其价格却便宜了1000倍之多。

研究人员还表示,他们可以将元素周期表上的任意金属加入到催化剂成分中。“我们的制造方法为催化剂制造打开了一个全新的领域。”Berlinguette说道。

目前,研究人员正在测试各种不同的催化剂配方,以求更加深入地理解这种非晶态材料,并找到最佳的催化剂,他们也在尝试利用纳米科技提高催化剂的效率。同时,他们还在制造一种“光电催化剂”(photo-electrocatalyst),这种催化剂可以借助阳光来让电解器产生更多的氢。Berlinguette和Trudel还将相关技术注册了专利,并建立了名为“FireWater Fuel”的公司,试图将他们的研究成果商业化,他们希望能在2014年让新型催化剂开始大规模商用,并在2015年让普通用户用上家用电解器。

 



 

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