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[交流] 美大学发现新碳催化剂开创低价燃料电池新时代

燃料电池一直以来都以“环境救星”为人们称道，因为它能清洁高效地将氢气和其他类型燃料转换为电能。但燃料电池技术的发展因必须使用昂贵的催化剂——铂金而停滞不前。

现在研究出了一种基于碳纳米管（carbon nanotube）的新型燃料电池，这种燃料电池要比用铂金作为催化剂的电池更廉价、缜密和高效。

俄亥俄州戴顿大学（University of Dayton）的戴利明（Liming Dai）教授领导的团队研究发现，混合氢气的几束纳米管可以作为催化剂，帮助氧气在燃料电池内部发生相关化学反应。

据《新科学家》杂志称，该发现在燃料电池发展路径上迈出了重要一步。碳纳米管催化剂燃料电池并非靠燃料燃烧生成热量为涡轮机供电，而是将化学能量直接转换为电流。

压入氢气经过电池的正极，氢气分子分裂为组成它的电子和质子；电子从电池正极流出，提供电能，而留下来的质子则在电池中扩散开来；最后，电子和质子都在电池负极会合，与氧气混合形成水分子。

纯净能源？
在没有催化剂的情况下，上面的化学反应进行得非常缓慢。因此，电池负极需要由一种化学催化剂形成，从而加快化学反应的速度。传统办法中，只有铂金才能使这个化学反应很快进行。

戴利明教授的研究团队发现，当他们将碳纳米管当作催化剂进行研究时，结果令他们大吃一惊。戴利明教授说：“尽管铂金长期以来被认为是燃料电池最好的催化剂，但这些（碳纳米管）催化剂比铂金效果还要好。”

他的团队用碳纳米管催化剂产生的电量，是用铂金制造电量的4倍。另外，铂金纳米微粒聚合在一起或被一氧化碳污染时，便会失效，而碳纳米管催化剂却不会。

消减成本
戴利明教授认为，碳纳米管之所以能成为燃料电池的有效催化剂，是由于氢气的存在。他们的计算结果表明，每个氢原子都会从相邻碳原子中吸引电子，这些碳原子的电子则由流经燃料电池正极的电子补足。这就意味着，当一个氧气分子与燃料电池负极相遇，就已经有了足够的电子与之发生反应。

尽管目前碳纳米管还比较昂贵，但它们的价格正变得越来越低——而且戴利明教授表示，碳纳米管的效果同样可以由其他种类混合氢气的碳来实现。他说：“现在既然我们发现了其中的化学原理，就没有必要一定要用纳米管了。”

美国伊利诺伊斯州（Illinois）阿贡纳国家实验室(Argonne National Laboratory USA)的刘迪佳（Di-Jia Liu）早先时候发现了纳米管的微弱催化作用。她说：“这是个有趣的进展。（碳纳米管作为催化剂的研究发现）将为燃料电池的发展扫清价格昂贵这个障碍。”

目前断定未来汽车或电话是否会靠纳米管供电还为时尚早，她表示：“碳纳米管的作用首先得经过真正操作环境测试才行。”

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