研究人員發(fā)明了一種新型燃料動力電池，這種電池使用廉價燃料，溫度與汽車發(fā)動機相當(dāng)，可以大幅降低材料成本。

燃料動力電池的實用性和可承受性并不是特別出名，但這種情況可能已經(jīng)改變了。

研究人員說，雖然這種電池還在實驗室里，但它有很大的潛力在未來為家庭甚至汽車供電。

在《自然能源》(NatureEnergy)雜志上發(fā)表的一項新研究中，研究人員詳細(xì)描述了他們?nèi)绾卧谝环N新發(fā)明的燃料催化劑的幫助下，重新構(gòu)想整個燃料動力電池。

這種催化劑可利用廉價易得的甲烷制造，從而取代了昂貴的氫燃料。

整個電池的改進大大降低了甲烷燃料動力電池中常見的沸騰操作溫度。甲烷燃料動力電池通常要750到1000攝氏度的溫度才能運行。

這款新引擎只要500度左右的溫度，甚至比汽車的內(nèi)燃機還要低一個檔次。汽車的內(nèi)燃機在600攝氏度左右工作。

這種較低的溫度可能會在操作燃料動力電池所需的輔助技術(shù)上節(jié)省大量成本，從而有可能推動新電池實現(xiàn)商業(yè)可行性。

研究人員相信，工程師們能夠通過合理的努力，圍繞這種燃料動力電池設(shè)計出電力單元，這是以往甲烷燃料動力電池所無法做到的。

轟動性的電池

研究負(fù)責(zé)人、佐治亞理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授MeilinLiu表示:“我們的電池可以制造出一個簡單、可靠的整體系統(tǒng)，使用廉價的不銹鋼制造連接器。”

連接器是幫助將許多燃料動力電池組合成一個堆棧或功能單元的部件。

“超過750攝氏度，沒有一種金屬能夠在不氧化的情況下經(jīng)受住溫度，所以你很難得到材料，而且材料極其昂貴和脆弱，還會污染電池。”Liu說。

“在我們的世界里，把溫度降到500攝氏度是轟動性的。幾乎沒有人嘗試過。”BendeGlee說，他是Liu實驗室的研究生研究助理，也是這項研究的首批作者之一。

“當(dāng)你達(dá)到這么低的水平時，工程師設(shè)計堆棧和連接技術(shù)的工作就會容易得多。”

這種新型電池還不要一個叫做蒸汽重整器的重要輔助設(shè)備，通常要蒸汽重整器將甲烷和水轉(zhuǎn)化為氫燃料。

更多的電力

研究人員將他們的工作基于一種具有很高商業(yè)可行性的燃料動力電池，固體氧化物燃料動力電池(SOFC)。

SOFC以其在燃料方面的多功能性而聞名。

不過，假如這種新型電池投入市場，可能暫時無法為汽車供應(yīng)動力，但它可能很快就會作為一個更加分散化、更清潔、更廉價的電網(wǎng)的一部分，落地在地下室。

燃料動力電池堆本身大約有鞋盒那么大，再加上配套技術(shù)使其運行。

“我們希望你能像安裝無水箱熱水器相同安裝這種裝置。它可以取代天然氣為你的房子供電。”Liu說。

“這將為社會和行業(yè)節(jié)省新建電廠和大規(guī)模電網(wǎng)擴建的巨額成本。”

“這將使家庭和公司更加獨立發(fā)電。這種系統(tǒng)將被稱為分布式發(fā)電，我們的贊助商希望開發(fā)這種系統(tǒng)。”

以更低的成本發(fā)電

氫是燃料動力電池的最佳燃料，但其成本過高。

研究人員發(fā)現(xiàn)了如何通過這種新型催化劑將燃料動力電池中的甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣。這種催化劑由鈰、鎳和釕組成，化學(xué)式為Ce0.9Ni0.05Ru0.05O2，簡稱CNR。

當(dāng)甲烷和水分子與催化劑接觸并加熱時，鎳以化學(xué)方式裂解甲烷分子。釕對水也相同。

研究人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，這兩種物質(zhì)結(jié)合在一起形成了理想的氫(H2)和一氧化碳(CO)，并得到了很好的利用。

“CO在大多數(shù)燃料動力電池中會導(dǎo)致性能問題，但在這里，我們將其用作燃料，”Chen說。

氫氣和一氧化碳繼續(xù)用途于組成陽極的催化劑層，而陽極是燃料動力電池中抽離電子的部分，使一氧化碳和氫氣帶正電離子。

電子通過一根電線，出現(xiàn)電流，流向陰極。

在那里，氧，非常要電子，它吸收電子，關(guān)閉電路，變成O2離子。

離子化的氫和氧以水冷凝的形式相遇并離開系統(tǒng);一氧化碳和氧離子相遇形成純二氧化碳，可以被捕獲。

關(guān)于出現(xiàn)的能源，燃料動力電池技術(shù)出現(xiàn)的二氧化碳比內(nèi)燃機少得多。

在一些燃料動力電池中，最初反應(yīng)中的水必須從外部引入。

在這個新的燃料動力電池中，它在最后一個反應(yīng)階段被補充，這個反應(yīng)階段形成水，然后循環(huán)回來與甲烷反應(yīng)。

更快，更穩(wěn)定

這種新型催化劑CNR是由堪薩斯大學(xué)(UniversityofKansas)的研究合作者制造的，它是電池陽極側(cè)的外層，同時也是防止腐蝕的保護劑，可以延長電池的壽命。

CNR在電池的內(nèi)層和陰極的另一側(cè)有很強的同期組群催化劑。

在陰極端，氧氣的反應(yīng)和在整個系統(tǒng)中的運動通常是出了名的緩慢，但Liu的實驗室最近加快了速度，利用所謂的納米纖維陰極來提高電力輸出，Liu的實驗室在之前的研究中開發(fā)了納米纖維陰極。

(一種定制的雙鈣鈦礦納米纖維催化劑可以實現(xiàn)超快的氧氣生成。)

“這些不同催化劑的結(jié)構(gòu)，以及納米纖維陰極，一起使我們能夠降低操作溫度。”Chen說。

美國能源部的基礎(chǔ)能源科學(xué)辦公室和高級研究計劃署能源(ARPA-E)資助了這項研究。國家科學(xué)基金會的化學(xué)部門也供應(yīng)了資金。

來自喬治亞理工學(xué)院、堪薩斯大學(xué)和貝爾法斯特女王大學(xué)的其他研究人員也參與了這項研究。任何結(jié)果、結(jié)論和意見都是作者的，不一定是資助機構(gòu)的。