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新技术将氨无缝转化成氢可直接用于燃料电池

2021-01-31 11:44:00

据报道，西北大学的研究人员已经开发出了一种高效、环保的方法来将氨转化为氢。该研究成果已于近日被刊登在了世界著名期刊《焦耳》上，它是实现零污染、氢燃料经济的重要一步。

近年来，利用氨作为氢输送载体的想法得到了广泛的关注，因为氨比氢更容易液化，因此也更容易储存和运输。

不过此前在实际操作中，利用氨来制取纯净的氢仍存在若干技术障碍，不过现在通过西北大学的新技术，障碍已被彻底扫除。

该研究报告的第一作者Sossina Haile表示，“氢燃料电池的弊端一直是缺乏用于输送的基础设施。运输氢既困难又昂贵，但是一个广泛的氨水运送系统已经存在。

通过已有的氨水运输管道，我们向世界各地输送大量用作化肥的氨水。如果你给我们氨水，我们研发出的电化学系统就能够在无论大小的场地内把这些氨水转化为随时可用于燃料电池的洁净氢。”

具体而言，研究人员报告称，他们能够利用可再生能源来进行氨到氢的转化，而不是化石燃料热能，因为这项工艺的工作温度（250摄氏度）比传统方法（500-600摄氏度）要低很多。

其次，新技术产生的纯氢不需要从任何未反应的氨水或其他产品中分离出来。

第三，这个过程是高效的，因为所有提供给这个装置的电流都将全部直接用于生成氢，而不会因为寄生反应而造成任何丢失。

不仅如此，这项新技术还有一个额外的优势，那就是由于制取出来的氢是纯净的，它们可以直接进行加压处理以便于高密度储存，只需增加电能即可。

报告还称，为了完成这种转化，研究人员建造了一个独特的带有质子导电膜的电化学电池，并将其与氨分解催化剂结合起来。

Haile解释称，“氨首先与可以将其分解为氮和氢的催化剂相遇。这些氢立即被转化为质子，然后质子经电力驱动穿过我们的电化学电池中的质子传导膜。通过不断地处理掉氢，我们推动这种反应进行的比原本更彻底。

这就是所谓的勒夏特列原理。通过去除氨分解反应的产物之一，也就是氢，我们将推动反应不断进行，这将远远超越单单依靠氨裂解催化剂所能达到的程度。”

研究人员还称，氨分解产生的氢气可以用于燃料电池。与传统电池一样，燃料电池通过将化学反应产生的能量转化为电能。而与传统电池不同的是，只要有燃料供应，燃料电池就能发电，永远不会没电。

氢是一种清洁的燃料，当它在燃料电池中消耗时，产生的副产品只有水。这与化石燃料形成鲜明对比，化石燃料产生二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等导致气候变化的温室气体。

Haile预计，这项新技术可能会在交通运输领域带来特别大的变革。

根据美国环境保护署（Environmental Protection Agency）的数据，2018年，汽车、卡车、火车、轮船、飞机和其他交通工具的人员和货物运输占美国温室气体排放的28%，超过其他任何经济部门。

多年来，Haile和她的团队在燃料电池领域已经取得了重大的进展。作为他们研究工作的下一步，他们正在探索以对环境友好的方式制取氨的新方法。