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石墨烯让空气发电技术成为现实

作者:1180发布时间:2016-02-01

  150多年前,自铅酸电池问世以来,关于革新电池技术的大胆观点就一直存在。

  近来,英国曼彻斯特大学在《自然杂志》上发布了一项最新研究,石墨烯薄膜可以用来提取大气中的氢气,将其应用到燃料电池领域会为空气发电技术带来可能。科学界表示这是电池技术史上最具革命性的进步。

  “这项研究操作起来非常简单,并且很有发展前景。”该项目的一位博士后研究者Sheng Hu教授说,“如今石墨烯已可以生产成一平方米的薄片,它在商用燃料电池上的应用宜早不宜迟。”

  2004年在曼彻斯特大学的实验室里,Andrew Geim和Kostya Novoselov领导的科研团队成功从石墨中分离出石墨烯,证明石墨烯是可以单独存在的,两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。自那时起,石墨烯就一直被视为科技领域的扭转乾坤者。

  该项研究的核心就在于石墨烯卓越的物理特性,它与普通铅笔中的石墨拥有同样的原子结构。

  作为目前科学界发现的第一个二维晶体,石墨烯是最轻薄且最坚硬的物质,它只有一个碳原子的厚度,比人类的头发还要细100万倍。它比钻石坚硬,断裂强度是钢材的200倍。同时它的弹性和延展性也十分出彩,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%,石墨烯几乎是透明的,具有优于铜的超导电性。

  石墨烯的物理属性在各方面都具有开拓性,它注定掀起一场技术革命,从智能手机、可穿戴技术到绿色技术、医疗方面,无所不包。

  素以高阻隔性着称石墨烯膜一直被认为能够隔绝任何分子和原子,曼彻斯特大学的研究者们发现石墨烯却对质子“网开一面”,质子能轻易地穿过这个超薄晶体,若是在持续升高的温度和使用铂基催化剂的情况下,效果更佳。这一特性石墨烯可能成为燃料电池的质子传导膜的新型理想材料。

  目前最为普遍的燃料电池以氧和氢作为燃料,将输入的化学能转直接为电能。质子传导膜是现代燃料电池的核心技术,然而当前应用于燃料电池的质子传导膜效率相对较低,且易发生燃料渗透,导致污染。

  “当你了解石墨烯膜的工作原理后,其实设置非常简单,只要在含有氢气的环境中,释放小电流收集纯氢,然后收集到的氢就在燃料电池中燃烧发电了。”Sheng Hu教授说。

  石墨烯质子传导膜只有质子才能穿过,因此能够高效地收集到大气中的氢气,且纯度非常高,显着提高发电效率与耐用度。如今的燃料电池所使用的燃料氢气都是从化石燃料中获得的,而采用石墨烯的燃料电池只需要以空气中氢气为原料,建造出可移动的零污染空气发电机离我们并不遥远。

  目前科学家们只使用小型石墨烯膜做研究,因此成功流入的氢气还很微量。这项研究尚处于起步阶段,它使得科学界了解到石墨烯膜的现有前景,而建造出实际应用的氢收集机器还需要进一步的努力。

  石墨烯质子传导膜只有质子才能穿过,因此能够高效地收集到大气中的氢气,且纯度非常高,显着提高发电效率与耐用度。如今的燃料电池所使用的燃料氢气都是从化石燃料中获得的,而采用石墨烯的燃料电池只需要以空气中氢气为原料,建造出可移动的零污染空气发电机离我们并不遥远。

  目前科学家们只使用小型石墨烯膜做研究,因此成功流入的氢气还很微量。这项研究尚处于起步阶段,它使得科学界了解到石墨烯膜的现有前景,而建造出实际应用的氢收集机器还需要进一步的努力。

  尽管目前石墨烯应用于太阳能电池领域尚处于理论阶段,但它潜在的可能性是惊人的。石墨烯太阳能电池能实现60%的光电转换率,是目前公认效率最大的晶体硅太阳能电池的两倍。

  石墨烯轻薄而坚硬的属性可以为汽车、飞机生产商提供更优质的生产材料,石墨烯制成的运输工具将大大减低燃油消耗;研究表明石墨烯可以将药品传送到人体的特定位置,在治疗脑部疾病方面大有可为;石墨烯薄膜还可以用来过滤海水,提取其中的盐分和其他杂质,净化出可饮用水。