前沿 化学

廉价电催化剂,开启全新可再生能源时代

小行踪 发表于  2013-03-30 09:00

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。

让氢能源不再昂贵

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。


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

 

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信息来源:EurekAlert!
文章题图:Shutterstock

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全部评论(34)
  • 1楼
    2013-03-30 09:29 Kakagou12

    [0] 评论
  • 2楼
    2013-03-30 09:30 Kakagou12

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  • 3楼
    2013-03-30 09:31 MASTERFISH

    什么时候淘宝有卖

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  • 4楼
    2013-03-30 09:33 D.S.filwaline_Luo

    看上去貌似挺棒的~~~~

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  • 5楼
    2013-03-30 09:48 JoshuaYH

    photo-electrocatalyst应该翻译成光电催化剂

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  • 6楼
    2013-03-30 09:52 chinazg80

    何时能山寨过来

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  • 7楼
    2013-03-30 10:19 锑度站长
    引用文章内容: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。


    U, Pa, Sb

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  • 8楼
    2013-03-30 10:56 小行踪
    引用@JoshuaYH 的话:photo-electrocatalyst应该翻译成光电催化剂

    感谢指正!已改~

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  • 9楼
    2013-03-30 12:14 忧伤的尼姑

    不在->不再
    来自NOKIA Lumia 620

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  • 10楼
    2013-03-30 12:50 侧卫007

    为啥我觉得这个“电催化剂”的翻译好渣。。。
    不过我也没有好主意╯□╰

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  • 11楼
    2013-03-30 15:44 何以袖手 高分子材料硕士生

    我是来赞图里的蔡司的场发射的

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  • 12楼
    2013-03-30 15:56 大白公子

    想象力好棒

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  • 13楼
    2013-03-30 16:00 北京一青年

    我关心的是,水电解成氢氧的效率是多少?氢氧合成水发电的效率又是多少?这么关键的数据为什么避而不谈??

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  • 14楼
    2013-03-30 21:00 侧卫007
    引用@北京一青年 的话:我关心的是,水电解成氢氧的效率是多少?氢氧合成水发电的效率又是多少?这么关键的数据为什么避而不谈??

    因为研究催化剂就是关心反应进行的速度,效率不是他研究的对象,他怎么报道呢

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  • 15楼
    2013-03-30 22:40 LANL2DZ

    感觉不是很靠谱,或者披露有限,就象高温超导一样,各种铁镍催化剂,无定型氧化物应该很常见了,各种组合,晶态与否不是关键,这么就突破了?以往的科学家难道没试过?应该有什么特别原理上的不同。

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  • 16楼
    2013-03-31 00:05 北京一青年
    引用@侧卫007 的话:因为研究催化剂就是关心反应进行的速度,效率不是他研究的对象,他怎么报道呢

    问题是他大谈特谈这东西如何进入家庭,如何改变能源结构这些问题,还说传统电池效率多么多么差,那为什么就不能说说他们这个系统的效率到底有多高?

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  • 17楼
    2013-03-31 13:00 zhiyujj
    引用@北京一青年 的话:我关心的是,水电解成氢氧的效率是多少?氢氧合成水发电的效率又是多少?这么关键的数据为什么避而不谈??

    一般车用燃料电池在常用工况(20-25KW)下效率大概在40-50% 。

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  • 18楼
    2013-03-31 15:08 王鸣杰

    特斯拉那个免费供电呢...

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  • 19楼
    2013-03-31 20:29 布拉德雷祭司的马甲

    如果是“介孔金属氧化物”材料的话,那就没啥特别的。参见赵东元的学生的“酸碱对”理论,可以用于指导合成介孔金属氧化物。

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  • 20楼
    2013-03-31 21:40 北京一青年
    引用@zhiyujj 的话:一般车用燃料电池在常用工况(20-25KW)下效率大概在40-50% 。

    那要是算上电解水的效率,比内燃机的30%效率也没好哪去,要再算上把氢气压缩到几十兆帕费的能量,搞不好效率还不如内燃机

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  • 21楼
    2013-03-31 22:29 潜水坚果

    氢气不好长期储存吧……呵呵……分子那么小……

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  • 22楼
    2013-03-31 23:22 启栻

    这要是真成功了能源问题就缓解多了...

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  • 23楼
    2013-04-01 10:50 red13

    转化率是多少?氢气储存怎么解决?还有一系列问题,不过新技术总是值得让人鼓舞的

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  • 24楼
    2013-04-01 23:33 昵称还是唯一的
    引用@北京一青年 的话:那要是算上电解水的效率,比内燃机的30%效率也没好哪去,要再算上把氢气压缩到几十兆帕费的能量,搞不好效率还不如内燃机

    我觉得目的不在于效率,电解水可以把身边的能源储存起来,风能、太阳能都是可以利用的,哪怕效率不高,还有从原理上不会产生二氧化碳。
    不过现在谈商用还早了点,燃料电池、氢的储存成本都还很高。

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  • 25楼
    2013-04-06 17:32 Kua
    引用文章内容:让氢能源不在昂贵

    应该改为“不再”

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  • 26楼
    2013-04-13 17:24 一叶飞刀

    明明就是电极,非叫电催化剂

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  • 27楼
    2013-05-30 20:51 freefreemen

    纳米时代的到来,尺度已经接近分子水平。或许通过直接用特定尺度的芯片电极通过一定电压就能达到催化剂的效果。也许不用像光合作用一样借用过渡产物来合成有机物了,有足够的电压就有足够的能量了。用铂作催化剂也就是电极电位高的缘故^^

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  • 28楼
    2013-05-30 20:56 freefreemen

    今天找了个算命的一算——属火的缺水就是这种光电催化剂的缘故。

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  • 29楼
    2013-06-28 11:17 专注_

    好吧

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  • 30楼
    2013-09-25 23:19 小谷_17789

    想问问用的啥子金属电极?

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