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行業知識
科學家開發出生物質燃料低溫電池
時間:2019-10-16   訪問量:212  【打印此頁】  【關閉

   據中文業界資訊站報道:日前,美國科學家開發出一種直接以生物質為原料的低溫燃料電池。這種燃料電池只需借助太陽能或廢熱就能將稻草、鋸末、藻類甚至有機肥料轉化為電能,能量密度比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍。相關論文已在線發表在《自然-通訊》雜志上。

科學家開發出生物質燃料低溫電池

借助太陽能或廢熱就能將稻草、藻類等轉化為電能

盡管以甲醇或氫驅動的低溫燃料電池技術得到長足發展,但由于聚合材料缺乏有效的催化系統,低溫燃料電池技術一直無法直接使用生物質作為燃料。新研究中,美國佐治亞理工學院的研究人員開發出的這種新型低溫燃料電池,能夠借助太陽能或熱能激活一種催化劑,直接將多種生物質轉化為電能。

這種技術,在室溫下就能對生物質進行處理,對原材料的要求極低,幾乎適用于所有生物質,如淀粉、纖維素、木質素,甚至柳枝稷、鋸末、藻類以及禽類加工的廢料都能被用來發電。如果缺乏上述原料,水溶性生物質或懸浮在液體中的有機材料也沒有問題。該設備既可以在偏遠地區以家庭為單位小規模使用,也可以在生物質原料豐富的城市大規模使用。

生物質燃料電池的研究面臨的難題是,具有碳—碳鏈的生物質不易通過常規的催化劑,哪怕是昂貴的貴重金屬催化劑分解。為了解決這個問題,科學家研制出微生物燃料電池,利用微生物和酶來分解生物質。但這種方法的缺點是:微生物和酶只能選擇性地分解某些特定類型的生物質,對原料的純度要求較高。

科學家開發出生物質燃料低溫電池

負責此項研究的佐治亞理工學院化學與生物分子工程學教授鄧玉林(音譯)和他的團隊通過引入外界能量來源來激活燃料電池的氧化還原反應。在新系統中,生物質原料被磨碎后與一種多金屬氧酸鹽(POM)催化物溶液相混合,之后被置于陽光或熱輻射下。作為一種光化學和熱化學催化劑,POM既是氧化劑也是電荷載體。在光輻射或熱輻射下,POM會使生物質發生氧化,將生物質的電荷運送到燃料電池的陽極,而電子則會被輸送到陰極,在陰極進行氧化反應,通過外電路產生電流。鄧玉林表示,如果只是在室溫中將生物質和催化劑混合,它們將不會發生反應。但一旦將其暴露在光或熱中,反應就會馬上開始。

實驗顯示,這種燃料電池的運行時間長達20小時,這表明POM催化劑能夠再利用而無需進一步的處理。研究人員報告稱,這種燃料電池的最大能量密度可達每平方厘米0.72毫瓦,比基于纖維素的微生物燃料電池高出近100倍,接近目前效能最高的微生物燃料電池。鄧玉林認為,在對處理過程進行優化后應該還有5倍到10倍的提升空間,未來這種生物質燃料電池的性能甚至有望媲美甲醇燃料電池。

   鄧玉林說:“新技術一個重要的優點就是,它能夠在一個單一的化學過程中完成生物降解和發電。太陽能和生物質能源是當今世界重要的兩種綠色能源,我們的系統將它們結合在一起產生電力,同時也減少了對化石燃料的依賴。”

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