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【材料日报】3D打印新突破!CO2分解催化剂体系、纯氢燃料电池系统

 前沿材料 2020-09-17

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美国橡树岭国家实验室

在3D打印领域取得新突破

2017年6月5日,美国橡树岭国家实验室(ORNL)官网公布消息显示,在3D打印领域取得新突破,包括3D打印新型热交换器以及3D打印磁铁。

3D打印新型热交换器

橡树岭国家实验室(ORNL)设计和3D打印的新型热交换器,减少了发电厂所需的能量和水,将热量转换为电力变得更加容易。研发团队利用由尼龙混合的铜纤维制成新型热塑性复合材料,使其热导率提高了500%。该项目研发的材料和设计也可用于其它需要热交换器的应用领域。

▲3D打印新型热交换器

橡树岭国家实验室(ORNL)的研发人员Vlastimil Kunc说:“增材制造使我们能够灵活地为任务定制热交换器,根据需求定制设计和缩放尺寸。”

该项目的研发团队主要来自于橡树岭国家实验室(ORNL)和威斯康星大学(University of Wisconsin)。

3D打印磁铁

Momentum Technologies公司拥有橡树岭国家实验室(ORNL)非专用许可的3D打印磁铁技术,并计划将第一台采用回收材料制成的3D打印磁铁商业化。橡树岭国家实验室(ORNL)已经证明,3D打印磁铁的性能优于传统制造工艺,并可应用于电动汽车、风力发电机和高速铁路等领域。同时,Momentum Technologies公司还拥有另外两项橡树岭国家实验室(ORNL)的技术许可,分别是从电子废物中回收稀土矿物和磁铁。

▲3D打印磁铁

Momentum Technologies公司首席执行官Preston Bryant说:“通过能源部关键材料研究所(Critical Materials Institute)和橡树岭国家实验室(ORNL)汇集这些技术,使我们能够创造一个国内可持续的低成本磁铁供应链,从硬盘驱动器回收可再生材料。”

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瑞士洛桑联邦理工学院建立起

低成本二氧化碳分解催化剂体系

2017年6月5日,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)介绍了其科学家们建立起的一个可将二氧化碳分解成一氧化碳和氧气的低成本催化系统。这一步转化是将可再生资源转化为碳氢化合物燃料的重要步骤,该系统使用一种基于氧化锡修饰的氧化铜纳米线,而锡和铜皆是含量丰富的元素。相关研究成果发表在了近期的“Nature Energy(《自然能源》)”杂志上。

清洁能源的一个有潜力的未来发展途径就是将可再生资源,如温室气体,以转化得到的碳基燃料形式储存起来,从而有效地使液体燃料,比如汽油,得到清洁利用。而将温室气体转化为液体燃料的第一步是将二氧化碳电解为氧气和一氧化碳。但目前的一氧化碳形成催化剂要么不具有足够的选择性,要么成本高昂,使得其在工业上不可行。

现在,EPFL的科学家们开发出了一种基于含量丰富的锡、铜元素的催化剂系统。这种新的催化剂是通过在氧化铜纳米线上沉积氧化锡原子制成的。其中的氧化锡可以抑制在传统氧化铜催化体系中出现的副产物情况,实现在二氧化碳的电解过程中只产生一氧化碳。通过将这个催化体系连接到三结太阳能电池上,研究人员得到了分解效率为13.4%的太阳能驱动二氧化碳分解系统,而该催化剂本身的法拉第效率也达到了90%以上。

只有少数如金或银这样的贵金属催化剂可以对二氧化碳进行选择性还原,此次的催化剂系统实现了选择性低成本性的共存,这对二氧化碳转化的工业化至关重要。

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日本东芝的100kW纯氢燃料电池系统

被昭和电工采用

2017年6月5日,日本东芝公司宣布该公司的100kW纯氢燃料电池系统被昭和电工公司所采用。这一系统将设置于川崎市殿町的大和住宅工业公司正在建造的东急REI酒店内,预计将于2018年春天开始正式投入使用。

纯氢燃料电池系统可以通过氢直接发电,这种发电方式不会产生二氧化碳,并且可以在五分钟内开始快速充电此次被昭和电工所采用的纯氢燃料电池系统,是昭和电工在日本环境省所实施的“平成27年度(2015年)地域联合·低碳氢技术证实事业”中,利用使用过的合成树脂进行精制氢的重要一环,将在昭和电工公司位于川崎县临海地区的川崎事业所中,采用使用过的合成树脂所精制的氢进行发电。由合成树脂制成的氢将通过普通的输油管进行输送,此次的系统将为东急REI酒店提供100kW电力供给。并且,纯氢燃料电池系统在发电的过程中会产生热量,这些热量也将被有效利用于酒店之内。

▲纯氢燃料电池系统概念图

100kW纯氢燃料电池在东芝公司的纯氢燃料电池系统中也属于顶尖级产品,广泛利用于各个领域,如日本山口县周南市地方销售市场,以及综合化学制造商德山公司的实证项目中等。

今后,东芝公司还将进一步推进与氢的制造和利用等相关的各个领域技术的开发,旨在为氢社会的早日实现做出贡献。

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