美成功研發生物質燃料電池 能量密度超百倍
日期:2024-12-27 18:24:04 作者:宏力精密鋼管 閱讀數:453據Battery.com.cn消息,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。
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。
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,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。”