北大学者为“水+甲醇”制氢提速

北京日报 2017/3/30 5:18:00

近日,北京大学化学与分子工程学院马丁课题组在储放氢方面取得重大进展,他们与中国科学院大学、大连理工大学等单位合作,采用铂-碳化钼双功能催化剂实现对水和甲醇的高效活化,大大提升产氢效率。使用这种方式储放氢气,氢燃料电池汽车行驶100公里燃料成本仅需13元。该研究成果已以论文形式发表于3月23日的《自然》上。

氢能,被誉为下一代二次清洁能源,但氢气的存储和运输是阻碍氢能源大规模应用的瓶颈。氢燃料电池是最具潜力的新一代能量提供系统,它将化学能高效转化为电能,被广泛用于航空航天、汽车以及其他固定和移动能量提供体系中,但是氢气化学性质活泼,氢气的储存就成为氢燃料电池应用的关键。目前,丰田的商业化氢燃料电池汽车的解决方案是使用容量约125升、压力高达700公斤的钢瓶进行储氢,但其安全性不容乐观,并且城市内加氢基础设施建设存在一定隐患。其他的氢气储放体系,或价格昂贵,或存储容量有限。

针对这些不足,一种可能的解决方案是将氢气存储于液体甲醇中,通过水和甲醇的液相重整反应原位产氢供燃料电池使用,在释放出甲醇中存储氢气的同时也活化等摩尔的水而释放出额外的氢气。

来自北大、中国科学院大学等单位的学者,针对甲醇和水液相制氢反应的特点,采用铂-碳化钼双功能催化剂实现对水和甲醇的高效活化,实现了极高的产氢效率。

具体来说,研究人员将碳化钼负载的金属铂催化剂应用于甲醇和水液相反应,催化剂表现出超高的产氢活性,与较传统催化剂相比,放氢速率大大提升。仅以产氢活性估计,该催化剂已基本达到商用车载燃料电池组的需求,仅需6克铂即可使产氢速率达到1千克氢气/小时。以目前甲醇市场价格2400元/吨计算,采用此路径储放氢气,氢燃料电池汽车每百公里燃料价格仅需约13元,而加60至80升甲醇可供家用小轿车行驶600至1000公里。

该研究工作构建了化学高效储放氢新体系,此类催化剂还有望在生活废水、乙醇等原料的催化产氢中发挥优势作用。该团队将进一步优化体系的催化性能,并积极推动产业化进程。

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