
(马萨诸塞25日综合电)像旧汽水罐和海水这样简单的材料,竟然也能帮助实现清洁能源的未来?麻省理工学院的科学家们开发出了一种利用铝和海水生成氢气燃料的创新方法,这一方法有望变革海事应用的可持续能源系统,也可能造福其他更广泛领域。
众所周知,铝是制造汽水罐和锡箔纸的材料,但这种常见的金属实际上具有惊人的能量密度。经过适当处理后,铝能与水反应,生成氢气。氢气是一种清洁燃料,燃烧时只释放水蒸气。虽然这一基本反应早已为人所知,但要实现大规模的实际性和成本效益,始终是个挑战。
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镓铟涂层可回收超过90%
麻省理工学院的科姆巴吉所领导的研究团队发现,将铝涂上一种特殊的镓铟液态金属混合物(称为eGaIn)能够触发其与海水的反应,有效地生成氢气。虽然铝本身倾向于与水反应生成氢气,但它面临一个本质的问题:铝一旦接触空气中的氧气,其表面就会形成一层保护性的氧化层,阻止进一步的反应。这就是为什么把汽水罐扔进水里时,不会冒出氢气泡。
后来,研究人员取得了一大突破:他们发现海水的盐离子在液态金属滴周围形成“双电层”,能防止其分散,保持其完整性,以便回收。因此,海水的天然盐离子有助于在铝与海水发生反应后收集并回收超过90%的镓铟涂层。这是至关重要的,因为镓和铟是相对昂贵且稀有的金属。
令人意想不到的是,研究小组还发现,将咖啡渣加入混合物,反应速度会大大加快。这项意外发现促使他们研究咖啡因的活性成分——咪唑(imidazole),结果证明咪唑是加速的关键。
科姆巴吉说:“那是我们的重大突破,我们如愿以偿地回收了镓铟,还发现了快速高效的反应的关键。”
研究人员使用从波士顿附近的里弗尔海滩收集了海水,对该系统进行了测试。“我和一个朋友去里弗尔海滩,用瓶子装满海水,然后过滤掉藻类和沙子,加入铝,它的反应——始终一致。”
在测试各种溶液时,他们发现,加入少量咪唑可以大大加速反应,同时仍然保持液态金属涂层的高回收率。再者,如果将海水预热至约80摄氏度,不到10分钟内就能生成氢气 ——远比之前需要几小时的方法要快得多。
为了验证这一发现不仅仅是实验室里的奇闻异事,该团队将实验规模扩大到50克铝和5升海水后,制氢效率基本保持不变。
拟开发小型反应器
研究人员现在正在开发一种小型反应器,可用于海上船只和水下航行器。该系统将储存所回收的铝颗粒以及少量的镓铟和咪唑,将这些成分与周围的海水结合,按需生成氢气。团队计算出,一个装有约40磅铝颗粒的反应器能为一个小型水下滑翔机提供约30天的动力。
这项技术解决了氢燃料应用中的关键挑战——挥发性氢气的运输和储存需求。
“对于船只或水下航行器等海事应用来说,这非常实用,因为海水随处可得,不需要携带。我们也不需要携带氢气罐。我们运输作为‘燃料’的铝,然后只需加水就可生成所需的氢气了。”




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