新產(chǎn)業(yè)
東京工業(yè)大學(xué)開發(fā)出可用作燃料電池車貯氫材料的氧化鐵
2004-6-14 11:56:28 來源:中國(guó)科普網(wǎng)
關(guān)鍵詞：東京 工業(yè) 大學(xué) 開發(fā) 可用 燃料 電池 車貯氫 材料 氧化鐵
2004-6-14 11:56:28 來源:中國(guó)科普網(wǎng)
關(guān)鍵詞：東京 工業(yè) 大學(xué) 開發(fā) 可用 燃料 電池 車貯氫 材料 氧化鐵
東京工業(yè)大學(xué)理工研究所應(yīng)用化學(xué)專業(yè)教授大塚潔領(lǐng)導(dǎo)的研究小組日前開發(fā)出了利用氧化鐵（Fe3O4）的氧化還原反應(yīng)的貯氫技術(shù)，并開始研究將該技術(shù)用于燃料電池汽車。其中使用的氧化鐵是利用“尿素法”制成的。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以將氧化鐵制成約100nm的微粒子，而且還可以加入鋁等催化劑使其均勻擴(kuò)散。 氧化鐵與氫氣發(fā)生還原反應(yīng)后生成鐵（Fe）。把生成的Fe作為貯氫材料，加入水進(jìn)行氧化反應(yīng)后則可以生成氫。從理論數(shù)值上講，F(xiàn)e可以生成4.8wt%的氫，試驗(yàn)數(shù)值也相當(dāng)接近理論數(shù)值�？紤]到貯氫合金的氫吸藏量?jī)H為2wt%多一點(diǎn)，氧化鐵的貯存密度可謂相當(dāng)高。另外，生成氫的條件為約300℃、常壓，因此便于實(shí)際應(yīng)用。大塚認(rèn)為同其它的貯存材料相比，氧化鐵具有以下優(yōu)點(diǎn)：安全、低價(jià)、不會(huì)排出二氧化碳，對(duì)環(huán)境的影響也較小，因此這將是一種很有發(fā)展前途的貯氫材料。 所謂尿素法，是讓尿素進(jìn)行加水分解逐漸生成氨和氫氧離子，由于pH值可以保持穩(wěn)定，因此使得粒子的直徑變小。原料使用的是硝酸鐵的水溶液。硝酸鐵中加入氫氧離子后生成氫氧化鐵。將此溶液加熱至400～500℃便可生成氧化鐵（Fe3O4）。另外可采用氯化鋁水溶液作為催化劑與硝酸鐵一起加入，可以形成催化劑均勻地分散于氧化鐵粒子中的狀態(tài)。催化劑的添加量為3～5wt%。 由于氧化鐵粒子的直徑非常小--約100nm，因此其表面積較大，氧化還原反應(yīng)可以穩(wěn)定地進(jìn)行。另外由于催化劑的作用，除了可以促進(jìn)氧化還原反應(yīng)之外，還有防止粒子之間燒結(jié)貼緊的作用。 在氧化鐵中貯存氫的反應(yīng)公式如下。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。在大約300℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。 Fe3O4＋4H2→3Fe＋4H2O 生成氫的反應(yīng)公式如下。也就是說氫是由水生成的。該反應(yīng)本身是放熱反應(yīng)，但要使反應(yīng)開始進(jìn)行并提高反應(yīng)速度的話需要300℃的溫度。不過大塚預(yù)計(jì)該反應(yīng)溫度將可以降低到200℃左右。 3Fe＋4H2O→Fe3O4＋4H2 目前僅僅是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用玻璃器皿內(nèi)進(jìn)行了氫的貯存和生成實(shí)驗(yàn)。使用壓縮成形機(jī)將粉末狀的氧化鐵制成圓筒形，在石英管內(nèi)保存幾克，在貯氫時(shí)注入氫，在生成時(shí)加入水。盡管進(jìn)行了壓縮，小球中仍然存在很多空間，氫元素和水可浸入其中。當(dāng)Fe全部變?yōu)镕e3O4后反應(yīng)結(jié)束。生成的Fe3O4可以再次參加貯存氫的反應(yīng)，能夠循環(huán)利用。 如果將其配備到汽車上，大約100kg的Fe可以生成約5kg的氫氣，這對(duì)于汽車行駛來講已經(jīng)足夠了。100kgFe的體積大約為13L，從空間的角度考慮，優(yōu)勢(shì)也非常明顯。在實(shí)際使用時(shí)，可以將Fe做成盒狀嵌入到汽車中，在其全部變?yōu)镕e3O4后，可以在氫氣供應(yīng)站等處更換為Fe。而在氫氣供應(yīng)站，可以使用氫氣將Fe3O4還原為Fe。 根據(jù)大塚等的研究成果，Uchiya Thermostat公司正在研究推出使用該材料的盒式產(chǎn)品。 |
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