寻找新材料解决氢燃料电池技术问题
RemovingaHydrogenFuel··CellRoadblock
编译I李兵／LIBing
美国能源部埃姆斯实验室的
研究人员正在试图利用现代冶金
技术来寻找一种与数量稀少和价
格昂贵的金属钯具有同样特性的
材料。如果他们获得成功，就将
解决一个限制氢燃料电池汽车发
展的主要技术问题。氢燃料电池
技术听起来似乎是非常理想：通
过使用廉价和丰富的氢气与氧气，
燃料电池可以产生电，而氢气和
氧气可以利用水来制造。然而事
情并不是这么简单。
氢燃料电池的关键是铂中的
一个质子交换膜。铂在从氢气原
子中分离电子的过程中扮演着催
化剂的角色。自由电子形成电流，
铂积极地引导氢离子通过质子交
换膜与氧原子结合形成水。但是
如果氢气不纯，含有杂质，比如
水蒸气或者一氧化碳，燃料电池
的隔离膜就会受到破坏，使得效
率降低或者停止氢氧反应过程。
但是纯净的氢气是很难取得的，
于是金属钯进入了专家们的视线。
埃姆斯实验室的一名科学家、
该项目的研究者之一埃伦·鲁塞
尔说：“由于氢是非常小的原子，
加上氢具有一种自然与其他物质
结合的特性，因此氢是一种很难
控制的物质。而钯就像是一个原
子过滤器，氢原子很容易按照正
确的次序通过钯。”
提纯氢的传统方法就是使用
一种含73％的钯和27％的银的
合金，这种钯银合金被拉成一个
直径约为3mm和20feet长(约
6．1m)的细管。一组这样的钯银
合金细管被放置在一个真空室中，
然后将它们加热到400至500℃。
这时把氢气注入这些细管之中，
氢就很容易从钯银细管管壁渗透
出去，被外面的真空室捕获，而
氢气中的杂质会从细管的另一端
流出。
鲁塞尔说：“1kg金属钯的价
格高达1．1万美元，即使这个价
钱并不会使人感到吃惊，但是钯
是一种非常稀少的元素，全世界
钯的储量也无法满足所有汽车的
氢能源的需求。因此解决这一问
题的窍门就是寻找到一种与钯具
有类似特性的材料，这种材料应
该价格便宜而且非常容易取得。”
鲁塞尔使用“窍门”这个词并不
是夸大其词。因为这种替代材料
不仅要便宜而且还要容易取得，
它必须能够使氢通过，而且还要
相当柔软，以便能够被拉成长细
管。同时它还必须具有抗氧化性
能，因为不纯的氢通过时会有氧
气和水蒸气。另外，由于氢还有
一种使材料变脆的坏特性，因此
这种替代金属材料同时还必须能
够经受反复加热和冷却，以便在
充满氢时不会变脆。
鲁塞尔说：“由于变数实在多，
我们没有找到任何能够帮助我们
通过数学计算来预测理想金属成
分的分析工具。为此我们不得不
采用大发明家托马斯·爱迪生的
方法，即依靠直觉和运气来寻找
这种金属成分。”
美国密歇根州从事氢过滤和
燃料电池技术的REBResearch公
司总裁罗伯特·巴克斯鲍姆正对
这个为期三年的研究项目进行先
期研究。巴克斯鲍姆对燃料电池
中结合氢制造和氢正确过滤的膜
反应器非常感兴趣。巴克斯鲍姆
从美国能源部获得280万美元的
资助，以寻找铂和钯的替代材料。
除巴克斯鲍姆和来访的中国科学
家张杰(音)以外，这个研究项
目的成员还包括埃姆斯实验室材
料准备中心主任拉利·琼斯、洛
斯阿拉莫斯国家实验室、国家能
源技术实验室、G&S钛公司及俄
亥俄材料制造公司的研究人员。
巴克斯鲍姆提出利用埃伦·
鲁塞尔和拉利·琼斯在材料开发
领域的专业技术制造100种不同
的合金，然后从中进行选择。巴
克斯鲍姆说：“这不是靠运气，我
2011年第5期4-jk4r,21
万方数据
请求与鲁塞尔和琼斯一起工作。
因为在这一领域，他们是美国乃
至全世界最优秀的科学家，具有
极高的水平。”
这几位科学家利用x射线衍
射技术研究材料的晶体微观结构，
以确定这些材料是否适合燃料电
池的柔软性。这提供了一种挑选
材料的捷径，使研究小组不必再
在那些潜在易碎材料上浪费时间。
在此项研究开始一年多的时间里，
加上计划阶段准备的，开发出来
的二元合金数量已经达到60种左
右。综合研究结果，鲁塞尔发现
了一种极具应用前景的材料和几
种具有应用前景的材料。
鲁塞尔说：“使我们感到非常
吃惊的是，一些我们原来期望柔
软的材料最终证明却是一种像玻
璃一样易碎的材料，而加入25％
的钌(钌被认为是一种臭名昭著
的合金变脆成分)的材料最终证
明却是一种具有相当韧性的材
料。”埃姆斯实验室制造的金属样
品首先会进行循环冷却实验，以
检测其是否具有韧性。显示出韧
性的材料样品会接受进一步的测
试，并送至REBResearch公司进
行研究，以确定氢是否能够很容
易从这些金属样品中渗透出去。
通过这些检测后发现的具有前景
的样品再进行拉成细管进行加热
与冷却循环测试。科学家们认为，
即使这些材料不能够取代钯，它
们最终可能在其他方面会有用处。
巴克斯鲍姆说：“我认为我们
的研究工作具有重要意义。即使
没有任何一种合金能够用于氢燃
料电池，我们所发现的材料也会
在其他方面得到应用。特别是我
们发现的一种神奇的合金，这种
合金具有亮丽的光泽、柔软、高
熔点和完全抗王水(一种硝酸和
盐酸的混合物，能溶解黄金或铂
金)腐蚀的特点。”
(编译自http：／／www．physorg．
eom／news94209650．html)
上接第15页
接主要用特制的塑料卡子或高强
度钢丝卡子连接，连接位置可以
随地面起伏而上下调整；隔离栅
金属网在横向加上几道折弯加强
筋，在整体成本增加不多的情况
下，能使网面强度和美感显著增
加。
隔离栅主要用于道路护栏、
高速护网、机场护网、园林小区
别墅护栏、民用住宅防护网、五
金工艺架、栏笼、体育健身器材等。
隔离栅可采用浸塑和喷塑两
种方式进行防腐处理。浸塑产品
多用于室外，喷塑产品多用于室
内。
隔离栅浸塑处理是以金属焊
接网片为基体，浸塑树脂为外层
(厚O．5—1．0nlm)，通过金属网
浸塑设备进行金属表面防腐处理
的工艺方式。隔离栅浸塑是传统
油漆、镀锌等涂膜的更新换代产
品，用途广泛。
22枣扇t誓2011年第5期
隔离栅喷塑处理是用静电喷
粉设备把粉末涂料喷涂到工件的
表面上，在静电作用下，粉末会
均匀的吸附于工件表面，形成粉
状的涂层；粉状涂层经过高温烘
烤和固化处理，变成效果各异的
最终涂层。隔离栅喷塑喷涂效果
在机械强度、附着力、耐腐蚀、
耐老化等方面优于喷漆工艺，成
本则较喷漆低。
结束语
金属浸塑是对金属表面进行
防腐处理的一种新型技术和新型
处理工艺方式。浸塑技术是防腐
技术的新发展，是高分子混合物
料的新使用。推广和应用浸塑金
属网板、隔离栅，社会效益显著：
在拥挤的城市，热闹的市区，人
们越来越感到空间的狭小，以往
传统的红砖碧墙，取而代之的将
是美观别致的园林式现代围栏。
浸塑围栏以其美观的外形、丰富
的色彩、可透视性强、终生免维
护等优点，逐渐成为城市基础建
设用围栏的首选，将给我们的家
园增添许多漂亮的色彩。美观简
约的造型使人们豁然开朗，干净
的城市、绿色的园区、五颜六色
的围栏、舒适温馨的环境，这就
是现代城市的形象，我国的金属
浸塑产品有着广阔的发展前景。
巨盈口■圜圈黝黼。
【l】邱波峡．金属浸塑涂装技术．上海涂料，
2002．40(4)：21-22
【2】涂塑钢管粉末定点生产单位评审与管理办
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【3】唐伟家．涂覆级塑料合金树脂．塑料，2004，
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【4】邱渡峡．金属浸塑涂装技术．上海涂料，2002
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万方数据
寻找新材料解决氢燃料电池技术问题
作者：李兵，LIBing
作者单位：
刊名：金属世界
英文刊名：MetalWorld
年，卷(期)：2011(5)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jssj201105007.aspx
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