WPI研發多層液態金屬膜優化氫氣分離本錢

WPI研发多层液态金属膜 优化氢气分离本钱及能效

汽车讯 据外媒报导，伍斯特理工学院（Worcester Polytechnic Institute，WPI）研发了一款全新的多层液态金属膜（SLiMM）

，用于氢气分离（hydrogen separation）该薄膜由三层不同材质构成，有些类似三明治该款分离膜（Separation membrane）掌握了降低氢燃料本钱的关键

据研究人员泄漏，该薄膜由液态金属制成，似乎在氢气分离方面，比常规钯隔膜（palladium membranes）的能效表现要好，且其价格相对低廉，耐用性更高

据WPI团队泄漏，在500℃、Pa0.5的条件下，镓/碳化硅（Ga/SiC）SLiMM的渗透率到达2.75 x mol/ms，比相似条件下钯（Pd）的渗透率高了35倍，该产品在氢气提纯应用方面具有极大的潜力

长久以来，工程师就意识到氢能的重要性及局限性，而氢恰恰是宇宙中含量最富足的一种元素自然环境中的氢气易于其他元素产生反应：与氧气产生反应后会生成水为获得纯氢，务必将其于上述份子相分离

市面上的大部分氢气分离膜均采取了贵金属——钯（palladium），其氢气溶解度（hydrogen solubility）及渗透率都极高，这意味着氢气可轻易溶解并穿透金属，而其他气体将被其隔离但是，钯金属太贵了，当前售价约为900美元/盎司，且该材质较为易碎

为此，许多化学工程师长时间致力于各项研究，旨在寻觅钯的替代品，但到目前为止，还没有找到合适的替代材料而WPI研究为其指明了方向，采用液态金属

在标准操作温度下，蒸汽重整制氢系统（steam reforming systems，约500℃）内的许多金属与合金均为液态，且大部分材料价格远不如钯那么昂贵另外，若采用液态金属膜，不容易产生产品缺陷或出现开裂的情况

许多研究人员将关注点放在下降氢气的本钱上，力图在提升钯膜品质的同时降低其厚度业内及美国能源部投入了大量资金，研发了一项新工艺，将钯与多孔钢管相结合，使钯层（palladium layer）的厚度仅为毫米

但是，将钯层做薄会提升薄膜的流量（flux）、提升纯氢的渗透率但若薄膜太薄，会变得易碎或存在缺点

6年前，WPI的化学工程师Datta携其弟子开始相干研究，旨在肯定液态金属是不是能克服部分钯金属的局限性，特别是高昂的成本及易碎的材料特质，若有可能的话，力图实现超强的氢气溶解度及渗透

美国能源部向该研究团队拨付了100万美元此后，该研究团队决定尝试采取镓来替换钯镓是一种无毒金属（nontoxic metal），在室温下出现液态

虽然液态镓（liquid gallium）在氢气分离应用上前景喜人，但仍面临一定的挑战——该团队发现，该金属将于大量陶瓷材料（ceramic materials）产生反应，而后者是钯膜的支持材料

通过建模与实验，他们整理了一份材料清单，其中涉及石墨及碳化硅等碳基材料（carbon-based material），上述材料不会与液态镓产生化学反应，但容易被液态金属沾湿，这意味着该金属将摊开，在支持材料（support materials）的表面构成一层薄膜

该研究团队意识到，由于液态金属的表面张力（surface tension）可能会由于表面温度的变化及其所暴露的气体而产生改变，有可能导致泄漏，他们决定在两层材料中间插入金属，创建一种类似三明治结构的液态金属膜（SLiMM）该薄膜由厚度为0.2毫米的液态镓层、碳化硅层及石墨层构成，液态镓层被夹在碳化硅层与石墨层中间目前，该团队在实验室中构建了该薄膜架构，正在测试其稳定性及氢气渗透率

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文章标签： 黑科技 前瞻技术

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