瑞典成功研发一种新型木质素燃料电池

近日,瑞典林雪平大学研究人员利用树木中木质素作为原料,成功研发一种新型燃料电池。与以甲醇、乙醇等小分子为燃料的电池不同,此过程不产生二氧化碳,不仅原料绿色环保,而且产物实现了碳的零排放。

木质素(lignin)为植物和藻类重要结构材料,在树皮或是木材中由为常见,为造纸厂副产物之一,而瑞典林雪坪大学(LiU) 有机电子研究室以此材料开发燃料电池,打造低价环保绿色燃料技术。

当今燃料电池大多以补充氢气为主,但地球上 96% 氢都是来自于化石燃料,在生产过程中并没有达到 100% 无碳能源。乙醇基和甲醇基等燃料电池也会产生二氧化碳,其电极更是由昂贵又稀少的铂制成。

而木质素是常见生物聚合物,树木约 25% 为木质素,用来让纤维素纤维紧密聚集使木材更坚固,在纸浆化学制造中,由于纤维素是纸张的理想材料,为了让两者分离,木质素会溶解在硫酸盐或亚硫酸盐制法中,为造纸厂的副产物之一,因此木质素是个更便宜且容易取得的材料。

木质素由大量碳氢化合物链组成,会在工业制造分解成苯二酚(benzenediols),其中苯二酚异变体儿茶酚(catechol)则占木质素 7%。LiU 有机能源材料研究 Xavier Crispin 教授发现该分子为电池优良燃料。

不过苯二酚是芳香族分子(aromatic molecules),不适合用金属当成苯二酚燃料电池电极,不然反应会过于复杂。因此研究员改用常见的导电聚合物 PEDOT:PSS 当作电极,该聚合物可同时当作电极和质子导体。 Crispin 表示,对于儿茶酚等苯二酚反应来说,PEDOT:PSS 是理想催化剂,燃料也能被转化为电,更不会形成二氧化碳。

Crispin 指出,人们采用乙醇等燃料时,通常会声称其对气候与环境影响不大,因为二氧化碳是循环一部分,获是可利用二氧化碳再制造乙醇。然而现在团队已开发能生产电力、又不会排放任何二氧化碳的技术,可说是既便宜又环保。

研究也指出,新燃料电池产生的电力与甲醇基、乙醇基燃料电池相同。Crispin 表示,已有效从木质素制造儿茶酚,不过团队未来仍需要改进和最佳化电池性能。该研究已发布在《Advanced Sustainable Systems》。

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