燃料电池电动汽车与电池驱动的堂兄相比有很多工作要做,但也很明显,氢燃料电池的学习曲线正在加速超越化石燃料阶段,并向可再生能源发展,我们在桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)深受爱病的朋友开发的新型低成本催化剂。
“在此模拟中,颜色是由光激发的染料产生的,并产生电子以使催化剂二硫化钼产生氢”
化石燃料,FCEV和BEV
燃料电池电动汽车(FCEV)的主要绊脚石之一是使用化石天然气生产氢燃料。在这方面,FCEV面临的挑战与电池电动汽车(BEV)相似,当从包含煤炭或天然气的电网混合气中充电时,化石能源要依赖化石能源(在美国,石油的程度要小得多) )。但是,由于效率较低,FCEV实际上总是比较脏,并且不能用屋顶太阳能作为燃料。
无论如何,在美国某些地区,随着越来越多的公用事业公司在可利用的大量水资源基础上采用可再生风能和太阳能,BEV仍在快速解决其化石燃料问题。分布式太阳能正直接进入家庭充电站和公共充电站。微型风力涡轮机以及风能和太阳能的组合系统也在电动汽车充电站领域中占有一席之地。
同样,可再生能源也正以直接由太阳或间接由风能发电的电解(水分解)形式进入FCEV的氢燃料生产。新兴的燃气发电系统还利用可再生能源将氢气用作公用事业规模的存储系统。
低成本氢燃料之路
不管是否有可再生能源,将水分解为氢燃料的问题都归结为成本。该过程需要一个催化剂(对于那些在家中保持得分的人,则需要两个)。选择的传统催化剂是铂,目前每克重达1,500美元。
除成本外,由于供应链问题,铂金在美国也存在问题。尽管美国是领先的铂金生产国,但南非和俄罗斯却远远超过了它。当然,这不是您想要让国内汽车行业挂起的那种帽子。
莫莉救援
在美国,低成本替代品的竞赛正在进行中,这使我们直接进入了桑迪亚(Sandia)的新型FCEV开发。那里的研究人员一直把目光投向“莫利”,即二硫化钼(或MoS2的缩写,如果您不以此为笑话的话)。
MoS2在美国有两点优势:目前每磅成本仅为37美分,并且可以从丰富的国内来源(即辉钼矿)生产。
如果MoS2摇摇欲坠,那是因为该材料正以石墨烯的二维“表亲”形式出现,研究团队一直在对其进行研究,以用于储能,可再生氢生产和其他清洁技术应用。
秘密的调味料是2D晶体边缘的“能量无序区”,转化为非常接近铂的催化效率。
我们的姊妹网站Gas2.org早在2010年就注意到了该主题的一种变体,当时该研究人员描述了用于水分解的钼-氧代催化剂。
在桑迪亚(Sandia),研究人员一直专注于充分利用上述混乱地区。虽然非常有效地用作催化剂,但问题在于该纳米级区域必须沿着相对无用的材料的巨大尾部拖曳。
Sandia小组将其描述为类似于橙色,但相反:稀薄的外皮是有用的部分,而可食用的果肉则完全没有用。这为商业化提供了重要的障碍。
该小组在11月7日的《自然》(Nature)杂志上以“了解多相二维过渡金属二卤化二硫化碳中的催化作用”为题描述了解决之道。
基本思想是使“纸浆”具有催化活性,研究小组展示了使用锂分离溶液中的MoS2纳米片来实现这一目标的原理证明。锂使能的过程将分子“晶格”改变为活性结构,如边缘的结构。
“清洁柴油”丑闻助推FCEV
紧随大众柴油排放丑闻之后,新证据表明,欧盟的许多其他柴油模型都使用了“示教测试”工程,使汽车能够满足实验室中的氮氧化物(NOx)标准,但平均排放量仅为在实际道路使用过程中增加了四倍,在至少一种情况下达到了20倍。
业内观察家已经开始预料到,由于大众汽车,“清洁柴油”的案子已经泛滥成灾,新案子指出,开发能够精确测量实际道路条件下的污染物的测试方案的任务日益复杂且昂贵。
尽管FCEV技术的确远远落后于BEV,但一些欧洲国家(德国就是一个很好的例子)的能源规划人员已经在依靠电能发电技术来存储可再生能源和替代石油燃料,并取消了“清洁柴油” 可以推动这一趋势。
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图片由兰迪·蒙托亚(Randy Montoya)通过桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)拍摄。