环境友好型燃料电池实现“自我净化” 提升性能同时还能捕获99%CO2

近期，美国特拉华大学(University of Delaware)的工程师们成功演示了一种方法，不仅可以利用由氢气驱动的新型电化学系统有效地从空气中捕获99%的二氧化碳，还成功提升了氢氧根交换膜(HEM)燃料电池的性能。这是碳捕获技术的一个重大进步，可以使更多环境友好型燃料电池接近市场。由特拉华大学教授Yushan Yan领导的研究小组于近期在《自然能源》(Nature Energy)上报告了他们的方法。燃料电池的工作原理是将燃料化学能直接转化为电能。它们可以用于混合动力或零排放车辆等交通工具。

HEM燃料电池是一种经济且环保的替代目前使用的传统酸基燃料电池的方法。但是这种燃料电池有一个缺点，使其无法在现实应用，即它们对空气中的二氧化碳极其敏感。这一缺陷迅速降低了燃料电池的性能和效率。因此15年来，Yan都在致力于解决这一问题。

几年前，研究人员意识到这个缺点实际上反而可能是一种解决方案——去除二氧化碳。研究人员表示，“一旦我们深入研究这一机制，我们发现燃料电池正在捕捉进入它们的每一点二氧化碳，而且它们真的很擅长将其分离到另一边。”

虽然这对燃料电池不利，但研究小组知道，如果他们能在燃料电池堆上游的一个独立设备中利用这种内置的“自我净化”过程，他们就能把它变成一个二氧化碳分离器。他们表示，“事实证明，我们的方法非常有效。如果我们有正确的设计和配置，我们可以一次捕获空气中99%的二氧化碳。”

具体而言，他们找到了一种将电化学技术的电源嵌入分离膜的方法。它看起来像一个用于分离气体的普通过滤膜，但又能像一个更复杂的电化学系统一样从空气中持续收集微量的二氧化碳。

研究人员解释称，将该装置的电线嵌入膜内创造了一条捷径，使二氧化碳颗粒更容易从一侧移动到另一侧。它还使研究小组能够建造一个紧凑的螺旋形模块，在较小的体积内拥有较大的表面积。换句话说，他们现在有了一个更小的封装，能够一次过滤更多的空气，使其在燃料电池应用中既有效又具有成本效益。同时，更少的组件意味着更少的成本，更重要的是，提供了一种为市场轻松扩大规模的方法。

研究小组的结果显示，一个尺寸为2×2英寸的电化学电池可以持续去除空气中约99%的二氧化碳。研究人员说，一个大约12盎司汽水罐大小的早期原型螺旋装置能够每分钟过滤10升空气，并清除98%的二氧化碳。

他们还称，如果把这个装置放大到汽车上，它的大小大概是一加仑牛奶那么大，而且该装置也可用于清除其他地方的二氧化碳。例如，特拉华大学的专利技术可以使航天器或潜艇中更轻、更有效的二氧化碳清除装置成为可能，因为在这些地方持续过滤是至关重要的。

此外，由于该电化学系统是由氢气驱动的，随着氢气经济的发展，这种电化学装置也可用于飞机和建筑物，在那里空气再循环被视为一种节能措施。

(文章来源：财联社)

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