科学家开发出等离子电极电池

上一篇 / 下一篇  2011-10-27 14:16:31

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  据美国物理学家组织网10月21日(北京时间)报道,美国科学家使用等离子替代固体金属块做电极,制造出了一种新的电化学电池。最新技术有望为燃料电池的设计和制造、氢燃料电池的制造以及纳米材料和聚合物的合成开辟新的道路。最新研究发表在最新一期《美国化学学会期刊》(JACS)网络版上。

  该团队领导者、凯斯西储大学化学工程学教授莫汉·桑卡兰表示,目前,传统电极在大规模将水中的氢转化为氢气以及将二氧化碳还原为有用的燃料和乙醇等商用化学物质等方面已无计可施,而等离子电极取代传统电极除了有上述好处之外,还可减少昂贵金属的使用,降低成本。

  研究人员将亚铁氰化钾和氯化钾组成的电解质溶液填入由两个玻璃缸与一块玻璃管相结合形成的一块电化学电池中。在该电池的阴极部分,氩气被压入置于溶液上方很短距离内的一个不锈钢管内,这样在玻璃管和溶液表面之间就形成了一个微等离子;而阳极则是由银和氯化银组成的物质。

  桑卡兰表示,在大气环境中形成的等离子很不稳定,难以控制,且破坏性很强,而最新研制出的等离子源在常温常压下非常稳定,因此使用这种等离子作为电池的电极,能很好地对穿过等离子和电池电解质溶液分界面的电子的传递和转移情况进行研究和控制,从而更好地观察电池内的“蛛丝马迹”并对其运行情况进行控制。

  当电流通过该等离子时,电子将电解质溶液中的铁氰化物还原到亚铁氰化物。使用紫外—可见分光光度法进行的监测表明,溶液以一种相对恒定的速率逐渐减少,并且每个铁氰化物分子都被还原成一个亚铁氰化物分子。随着电流不断增加,还原速率也逐渐增大,而且在电极两边进行的测试表明,电流没有出现任何损失。

  尽管如此,科学家们也发现了该电池的两个缺陷。首先,从等离子转移而来的电子中,只有 1/20的电子出现在还原反应中。科学家们推测,其他电子要么将水中的氢转化成了氢分子;要么还有他们没有监测到的还原反应正在发生,计划进行新实验以厘清这一点。另外形成等离子并诱导电化学反应发生所需的能量远高于使用金属电极时诱导反应发生所需要的能量。


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