鉅大LARGE | 點擊量:1211次 | 2019年01月14日
美國納米級燃料電池研究
當今社會,越來越多的便攜式電子產(chǎn)品充斥著人們的生活,人們的生活和工作已經(jīng)離不開iPod、手機、PDA、數(shù)碼相機、筆記本電腦這些數(shù)碼產(chǎn)品。但目前存在的主要難題是電源問題,一塊手機電池只能維持幾天時間,筆記本電腦的電池也就幾個小時。與傳統(tǒng)電池相比,燃料電池的能量至少要高10倍。一個鋰離子電池能提供300瓦小時每升的電量,而甲醇燃料電池卻能提供4800瓦小時每升的電量。因此,東芝、IBM、NEC等世界著名企業(yè)都投巨資研發(fā)燃料電池。
聚合物電解質(zhì)膜(PEM)燃料電池通過化學反應產(chǎn)生電流,首先化學源產(chǎn)生的氫原子在催化劑例如鉑的作用下分解并產(chǎn)生電子。電解液將在這個過程中產(chǎn)生剩余的氫離子(質(zhì)子)與燃料分離,并與大氣中的氧氣結(jié)合產(chǎn)生水。和催化劑接觸的燃料越多,電池產(chǎn)生的電流越多,催化表面大小是燃料電池功效的關(guān)鍵。
為了在有限的體積內(nèi)產(chǎn)生更多的電量,科學家在以前的研究中試圖在納米級別研制燃料電池,硅蝕刻技術(shù)、蒸發(fā)技術(shù)等芯片制造業(yè)的工藝都被借鑒,但這些方法不但價格昂貴而且受電池二維空間的限制。
威斯康星大學的研究人員肯尼斯·勒克斯教授用全新的方法解決了這個難題。新方法不但能提高納米級燃料電池的性能,而且完全避免了工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)工藝。他表示,目前最好的催化表面也只是二維的平面,每平方厘米也只能產(chǎn)生幾百微安培電量。為了把這個數(shù)字增大幾個數(shù)量級,就應該創(chuàng)造出三維結(jié)構(gòu)的催化表面。
勒克斯教授研制的燃料電池通道非常常見,多孔的氧化鋁過濾裝置約1美元,這種過濾裝置的圓柱形孔洞直徑只有200納米。勒克斯教授用鉑銅合金制造納米導線,然后在硝酸中融解銅,產(chǎn)生一種隨機的狀態(tài),使表面積最大化。
為了建立一個供能電池,科研人員首先需要在小孔中充滿酸性溶液。將一張浸透電極液的濾紙(或者是電極液聚合體)放置于兩層納米電極之間,用來傳遞氫離子。然后,可以將電極置于該復合體外表面的任何部位,以便容易形成電路。這些燃料電池可以連續(xù)或者平行排列,從而使各自提供出更高的電壓或者電流強度。
當然,研究結(jié)果還不是完全令人滿意。勒克斯教授估計僅僅只有三分之一的電極具有活性,還有許多地方需要進一步改進。然而,即便如此,該模型具有的能量容積也比其兩倍直徑大的平版模型高許多。同時,這一模型還具有價格低等特點,總的材料花費僅為200美元。勒克斯教授稱贊它為一種真正簡便的技術(shù)方法,能量供應相當于一個AA電池。
在將來如果可以熟練掌握燃料電池技術(shù),那么我們就可以開發(fā)出一種廉價、可循環(huán)使用的電池用于我們的電子小玩意。當能量供應不足時,我們便可以直接去商店買一個燃料電池接替用!
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