美国设计新系统从海水中提取氢气 可用于燃料电池车

海水中混合了氢、氧、钠以及其他元素，对地球上的生命至关重要。不过，此类复杂的化学成分也使得从中提取氢气用于清洁能源变得困难。

据外媒报道，美国能源部SLAC国家加速器实验室（SLAC National Accelerator Laboratory）与斯坦福大学（Stanford University）的研究人员与俄勒冈大学（University of Oregon）以及曼彻斯特城市大学（Manchester Metropolitan University）合作找到了一种方法，通过一个双模系统与电力汇集海水，以从海洋中提取氢气。事实证明，该创新设计成功地生成了氢气，同时没有产生大量有害的副产品。该项研究成果可能有助于推动低碳燃料的生产。

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提取氢气的双模系统（图片来源：SLAC国家加速器实验室）

氢气是一种低碳燃料，目前在很多方面都有应用，例如，用于驱动燃料电池车，以及作为一种长时间储能燃料，其适用于为电网存储数周、数月或更长时间的能量。

研究人员表示，很多人尝试制造氢气都是使用淡水或淡化水，但此类方式既贵又耗能。经过处理的水更容易处理因为其含有更少的物质（化学元素或分子）漂浮在周围。不过，净化水非常昂贵，还需要能源，并且增加了设备的复杂性。另一种选择是采用天然淡水。淡水除了是地球上的有限资源外，还含有一些杂质，对于现代氢气提取技术而言也是个问题。

为了处理海水，研究小组采用了一个双极（双层）薄膜系统，并采用电解（一种用电来驱动离子或带电元素以进行预期反应的方法）对其进行测试。研究人员通过控制海水系统中最有害的元素——氯化物，来开始进行设计。

实验中的双极膜系统可获得制造氢气所需的条件，并减轻氯离子进入反应中心的危险。

理想的薄膜系统主要有三个功能：从海水中分离氢气与氧气；帮助移动有用的氢离子与氧离子，同时限制其他海水离子；帮助防止不必要的反应。这三种功能结合在一起是很困难的，研究团队的研究目标就是探索将这三种需求有效结合的系统。

具体而言，在实验中，质子，即正氢离子，穿过其中一层膜，到达一个地方，在该位置，它们被收集起来，并通过与负电荷电极（阴极）相互作用变成氢气。系统中的第二层膜只允许氯化物等负离子穿过。

斯坦福大学化学工程学院研究生Daniela Marin表示，作为额外的保障，一层膜包含固定在膜上的负电荷基团，从而使得氯离子等其他带负电荷的离子更难移动到它们不该去的地方。在研究小组的实验中，此种带有负电荷的薄膜被证明可以高效地阻挡几乎所有氯离子，而且该系统的运行不会产生漂白剂和氯等有毒副产品。

研究人员表示，除了设计海水-氢膜系统之外，该研究还对海水离子如何穿过薄膜提供了更好的理解。这些知识可以帮助科学家设计出更强大的薄膜，以用于其他用途，如用于生产氧气。

接下来，该团队计划通过采用更丰富、更容易开采的材料来改进电机和膜。该团队表示，此种设计的改进可以使电解系统更容易扩展应用到能源密集型行业（如交通部门），以产生氢气。

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