燃料電池技術(shù)是新能源的重大發(fā)展方向之一。雖然市場(chǎng)普及率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及鋰離子這類(lèi)純電力動(dòng)力電池，但其可持續(xù)的綠色產(chǎn)業(yè)鏈以及超長(zhǎng)的續(xù)航里程使其市場(chǎng)對(duì)其的期待遠(yuǎn)超純電力動(dòng)力電池。近日，汽車(chē)氪獲悉，氫燃料電池技術(shù)中，最主要的耗能“氫氣”的制備技術(shù)上有了重大的突破。作為目前市場(chǎng)最受矚目的“石墨烯”材質(zhì)在該項(xiàng)技術(shù)中扮演了主要角色。

氫燃料電池技術(shù)

這是一種質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)。其中所指的燃料并非是指氫氣作為燃料進(jìn)入熱機(jī)進(jìn)行燃燒化學(xué)反應(yīng)取得動(dòng)力。而是通過(guò)質(zhì)子膜使氫氣和氧氣發(fā)生水的逆電解反應(yīng)。而在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生可觀的電流。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)可以替代常規(guī)的然有發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力，續(xù)航里程可達(dá)700km，排放物只有純凈的水，而其碳排放則為零。因此這項(xiàng)技術(shù)在節(jié)能減排環(huán)保方面的影響是巨大的。通過(guò)使用該項(xiàng)技術(shù)所提供的清潔能源不僅可以替代現(xiàn)有的動(dòng)力裝置還能改善目前環(huán)境。歐洲和亞洲目前準(zhǔn)備大力發(fā)展此項(xiàng)技術(shù)。

氫氣設(shè)備

在燃料電池的應(yīng)用上當(dāng)然不可能只限于出行的用電方面。目前日本開(kāi)發(fā)的氫燃料電池應(yīng)用技術(shù)可使其搭載在公共交通工具上，而其不僅可以解決自己的發(fā)電用電需求外，還能成為一個(gè)移動(dòng)的動(dòng)力電源裝置。可以為其他交通工具充電，還可以為樓宇等其他建筑物發(fā)電。

同時(shí)和油氣產(chǎn)品相比較而言，氫氣的物理特質(zhì)決定了其可以構(gòu)建固定的氣體加注基站，還可以構(gòu)建移動(dòng)式加注基站。如果在移動(dòng)出行領(lǐng)域氫燃料帶來(lái)了非常可觀的效果，那么很有可能氫燃料電池會(huì)以家庭為單位成為今后家庭用電，辦公用電的主流趨勢(shì)。以此推測(cè)，這對(duì)于氫氣的消耗將是巨大的。因此制氫技術(shù)需要在氫燃料電池技術(shù)發(fā)展到達(dá)一個(gè)層面之前解決產(chǎn)能問(wèn)題。

石墨烯助力氫氣制備

目前光解水制氫過(guò)程中的逆反應(yīng)嚴(yán)重、氫氣難分離和存儲(chǔ)方面有著較多的不穩(wěn)定問(wèn)題，這些因素嚴(yán)重的影響了氫氣制備的產(chǎn)能問(wèn)題。但目前通過(guò)實(shí)驗(yàn)，新型材料“石墨烯”能夠很好的解決這些問(wèn)題。

石墨烯能夠隔絕所有氣體和液體，卻對(duì)質(zhì)子能夠放行。利用這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種二維碳氮材料與石墨烯基材料復(fù)合的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)三明治離形成高能電子和空穴并分別遷移中間的碳氮材料和外層的石墨烯材料上。而吸附在石墨烯基材料活性位點(diǎn)上的水分子在光生空穴的幫助下，發(fā)生裂解，產(chǎn)生質(zhì)子。這些產(chǎn)生的質(zhì)子受碳氮材料上內(nèi)建靜電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，可穿透石墨烯材料，運(yùn)動(dòng)到內(nèi)部的二維碳氮材料上，并且遇到電子后反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。由于石墨烯唯一放行的僅僅是氫原子（質(zhì)子），而光解水產(chǎn)生的氫氣不能穿透石墨烯材料，導(dǎo)致光解水產(chǎn)生的氫氣分子將被安全地保留在三明治復(fù)合體系內(nèi)，抑制了逆反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了高儲(chǔ)氫率下的安全儲(chǔ)氫。

通過(guò)石墨烯的屬性不僅能夠很好的而解決光解水制氫的各種不穩(wěn)定因素，還能大幅度的降低制氫的成本，提高了氫氣的純度。這在氫燃料應(yīng)用上，可以為電解槽的續(xù)航里程與燃料電池的續(xù)航里程提升上有著很大的影響。