《超声波技术可高效回收燃料电池》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2025-05-13
  • 英国莱斯特大学研究团队开发出一种利用声波技术高效分离材料的新方法,不仅能有效回收燃料电池,分离其中的贵金属等关键资源,还能防止有害化学物质进入环境,为清洁能源的可持续发展提供了新路径。

    燃料电池和水电解槽是氢能系统的重要组成部分,广泛应用于汽车、火车和公交车等交通工具。它们的核心部件之一是催化剂涂层膜(CCM),其中含有昂贵的铂族金属。此外,膜电极组件中还包含氟化聚合物膜(PFAS),这类物质因难以降解而被称为“永久化学物质”,一旦处理不当,可能污染饮用水并危害健康。

    由于PFAS膜与CCM之间黏附力极强,传统回收方法难以将其高效分离,限制了燃料电池的循环利用。为此,研究人员提出了一种创新性回收策略:先用有机溶剂浸泡材料,再结合水超声处理,成功实现了PFAS膜与贵金属的有效剥离。

    这一方法操作简便、可扩展性强,无需使用强腐蚀性化学品,大幅降低了环境污染风险。研究人员认为,这将彻底改变燃料电池的回收方式,推动铂族金属循环利用,从而降低清洁能源技术的成本。

    在此基础上,研究团队进一步开发了一种连续分层工艺,采用定制刀片式超声波发生器,在高频超声作用下产生微小气泡。这些气泡在高压下破裂,可在几秒钟内将珍贵的催化剂从材料中释放出来,整个过程在常温下完成,节能环保。

    这项创新不仅提升了回收效率,也为大规模工业化应用奠定了基础。未来,该技术有望用于氢能产业,实现资源的可持续管理和环保处理,构建真正的绿色能源体系。

  • 原文来源:https://www.cnenergynews.cn/kejizhuangbei/2025/05/13/detail_20250513212576.html
相关报告
  • 《山东推进氢能及燃料电池汽车产业发展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-05-28
    • 当前,山东处于新旧动能转换、产业转型升级的关键时期,迫切需要培育壮大新兴产业,升级改造传统产业,减少对化石能源的依赖,增强特色经济内生动力。山东省委、省政府高度重视氢能及燃料电池汽车产业发展,将其作为推动经济高质量发展的重要引领性产业,超前布局、重点培育,取得了一定成效。在氢能及燃料电池汽车产业领域,山东已初步建立起从关键材料、燃料电池电堆、燃料电池发动机到整车的研发、生产体系,摸索出一套科学高效的示范运营模式。 山东省工业和信息化厅装备产业处处长赵明介绍,据中国工程院调研数据,山东省在合成氨驰放气和甲醇驰放气等渠道,每年可回收氢气约96万吨,可支撑10万台以上氢燃料电池商用车的规模化运行。山东也是能源大省,除传统的煤电外,风电、核电、光伏发电等新能源已达一定规模,可为电解制氢提供较好的能源保障。目前,山东省氢能及燃料电池产业链上的重点企业和研究机构达50余家,以兖矿集团、东岳集团、潍柴集团、山东高速、中通客车、中车四方等为代表的龙头企业率先突破,发挥了较强的示范作用。山东省已建成加氢站6座,其中5座日加氢量在500公斤及以上。在济南、潍坊、济宁、德州、聊城等市开展了氢燃料电池公交车的示范运行,已开通燃料电池公交专线6条。目前,全省氢燃料电池汽车上牌数为126辆,6月份有望超过200辆。潍柴集团依托承担的国家重点研发计划项目“燃料电池发动机及商用车产业化技术与应用”,今年3月份,该企业举办了“潍柴20000台氢燃料电池发动机工厂正式投产”仪式,标志着山东氢燃料电池业务走出了迈向全球一流商业化的关键一步。 济南新旧动能转换先行区作为山东省新旧动能转换综合试验田,作为深度参与者和先行者,拥有1030平方公里的黄河水岸资源和“一区两城六园区”的空间布局。按照先行区总体发展规划,在崔寨高新产业城建设总体规划面积20平方公里,集“氢能源科技园”、“氢能源产业园”、“氢能源会展商务区”三位一体的“中国氢谷”。 “中国氢谷”是以打造园区建设为基础,完善氢能产业链为目标,能源综合应用为核心的氢能产业集聚区。 济南新旧动能转换先行区管委会投资促进部主任景旭东说,“中国氢谷”主要任务是从氢的产、储、运、加、用等全产业链出发,依托科研院所、金融企业、生产企业等单位,加速形成 “一个氢谷园区、一家运营公司、一批科研机构、一支产业基金、一个氢能小镇、一批企业集群”的“六个一”发展新模式,逐步打造“配套设施完善,运营模式成熟、创新成果丰富、资金保障充足、示范效果明显、生态效应显著”的氢能产业商业生态圈。到2030年,先行区将实现氢能源及相关产业累计产值达到1000亿元。形成氢能全产业链核心技术协同研发体系,成为国内外顶尖的技术创新策源地;氢能产业生态圈可复制可推广,累计投资规模500亿元,龙头企业10家;通过示范工程带动,从公交车、物流车领域突破氢燃料电池汽车的推广应用,形成对全省乃至全国的辐射作用。 济南市钢城区作为济南新旧动能转换先行区的南翼,是国有大型钢铁联合企业山钢股份、莱钢集团的驻地,区内现有钢铁产能1290万吨、焦化产能350万吨,年副产氢气约6.5万吨,技术上可廉价提取工业副产氢气约5万吨,未来考虑重整焦炉煤气中的甲烷制氢,总氢气产量可达12万吨以上,可满足近十年内全市氢能源汽车的发展需求量。 济南市钢城区政府副区长郭玉华表示,针对较长一段时间内氢能车辆示范运行少,氢气耗量低的现实,结合钢城区钢铁生产富余煤气的资源现状,钢城区谋划耦合甲醇经二甲醚制工业乙醇技术路线,减少未来煤气自发电建设,将高炉煤气、转炉煤气中的一氧化碳与焦炉煤气中的氢分离提纯后分别与二甲醚进行羰基化与乙酸甲酯加氢反应制备工业乙醇,实现“以氢固碳”。通过该路径首先可以动态保障氢能在交通领域的供给,同时也可用于现有汽油的配给,能够减少制氢设备投运后的空转与氢气放散,并可大幅度改善环境、升级产业并延伸产业链,同时对于保障我国能源安全和粮食安全具有重要意义。 中国重汽集团是国内较早开展燃料电池车开发的商用车集团之一,2018年以来,中国重汽集团已成功研发多款燃料电池客车,涵盖城市公交车,长途旅游客车。通过多年技术积累及整车项目开发,中国重汽集团已掌握燃料电池整车核心技术,包括电机、动力电池、燃料电池等关键部件匹配技术,已具备开展多种燃料电池车型开发设计能力。 中国重汽集团汽车研究总院客车平台部部长赵金龙说,在燃料电池整车开发方面,中国重汽集团将根据市场情况逐步扩展重卡、轻卡等其他燃料电池商用车整车生产资质,扩展燃料电池整车车型,满足燃料电池车市场发展需求。在燃料电池技术研究方面,依托燃料电池试验室,开展大功率燃料电池系统整车集成技术研究,支撑中国重汽燃料电池整车业务开展;建立健全燃料电池系统测试流程,发展燃料电池系统性能评价能力。依托加氢站,开展燃料电池整车的试验验证和试运行,推进燃料电池整车产业化进程。依托平台项目,深入开展氢燃料电池整车集成技术研究、开发与试验验证能力建设。未来,中国重汽集团将以《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030)》为指引,发挥中国重汽集团燃料电池方面的技术研发实力,与相关企业一起推动山东规模化燃料电池汽车示范运行,助推山东氢能及燃料电池产业发展。 中国工程院院士彭苏萍作为能源领域的顶级专家,多年来一直从事地质资源和能源等相关领域的科研工作,对氢能及燃料电池的发展有着独到的见解。彭苏萍对山东氢能源发展布局感到很震撼。他认为,下一步山东要抓落实,引人才,建平台。 山东省科协党组副书记、副主席纪洪波表示,近期,中国能源研究会常务副理事长史玉波和中国工程院院士、中国能源研究会燃料电池专委主任彭苏萍对山东氢能及燃料电池产业进行一次全面的问诊把脉,为制定符合山东省实际的产业发展路径和产业顶层设计做好基础支撑,让更多氢能及燃料电池成果落地山东、转化山东,更好为服务山东经济社会发展作出贡献。 今后一段时期,山东将进一步加大工作力度,加快培育壮大氢能及燃料电池产业,真正使其成为动能转换的先行产业、创新引领的先导行业、经济发展的优势产业。 同时,山东将借院士专家团队来山东调研的契机,紧紧抓住新旧动能转换的有利时机,按照省委省政府的整体部署,深入推进氢能及燃料电池汽车产业的发展,探索出一条以能源变革带动工业经济高质量发展的有效途径。
  • 《北京纳米能源所开发绿色、高效率和经济的锂电池回收技术》

    • 来源专题:先进材料
    • 编译者:李丹
    • 发布时间:2023-11-12
    • 来自材料牛 导读 锂离子电池(LIBs)作为目前主要的储能技术,广泛应用于各类电子设备,移动电话、笔记本电脑、电动汽车和可再生能源存储,是个人生活和能源工业的必需品。随着碳中和的全球化趋势,对锂离子电池的需求在持续增长,相应地就需要更多的锂和钴。相较于新建更多的锂矿,钴矿等,由于锂电池中锂钴的含量远高于矿石和盐碱中的含量,因此回收废电池具有更高的经济价值。另一方面,预计到2030年,全球废弃的锂离子电池将达到200万吨/年,如果不妥善处理,将造成严重的环境污染,对公众健康构成极大威胁。因此,回收废旧锂电中的金属元素具有重大的环境、社会和经济意义。但目前的回收技术中,火法回收存在严重的有毒气体释放的问题;直接回收存在纯度低,无法大规模使用的问题。湿法回收被认为是绿色、回收效率高且可持续的方案。不过,也存在强酸废水排放,或还原剂无法循环利用导致的回收成本高的问题。因此,有必要开发一种高效、经济、绿色的湿法回收方法,以满足锂离子电池指数级增长的需求。 成果掠影 中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和唐伟研究员团队将材料接触起电这一物理现象与催化学科交叉融合,提出了接触电致催化这一新机制,开发了绿色、高效率和经济的锂电池回收技术。具体方案为,以二氧化硅(日常生活中常见的沙子主要成分)作催化剂,利用其与水接触起电产生的电子转移,诱导产生羟基自由基、超氧自由基等活性物种,来还原电极粉末中高价态的金属,实现金属的有效浸出。实验结果表明,在90 ℃,超声6小时后,钴酸锂电池中锂的浸出率达到100%,钴的浸出率达到92.19%。对于三元锂电池,在70 ℃,6小时后,锂、镍、锰、钴的浸出效率分别为94.56%、96.62%、96.54%和98.39%。相关研究成果以“A contact-electro-catalytic cathode recycling method for spent lithium-ion batteries”发表在Nature Energy上。 核心创新点 1.以二氧化硅与水接触起电的电子转移产生的活性自由基实现金属价态改变,完成金属浸出; 2.这种催化反应以机械能为驱动,均匀分布在整个溶液体系中,具有规模化应用前景; 3.二氧化硅是日常生活常见的沙子的主要成分,成本低且具有化学惰性,回收方便,可显著降低锂电池湿法回收的工艺成本。 成果启示 本文开发了一种循环经济的锂电池回收工艺,该工艺基于接触电致催化,利用化学惰性的SiO2为催化剂,生成电子、过氧化氢等具有还原特性的活性物种将高价态的金属还原为低价态的离子,从而实现了钴酸锂电池和三元锂电池中金属的有效浸出。通过离心回收后,催化剂仍然具有较好的浸出效果,可以循环利用,使得锂电池回收工艺更具有经济效益。这项工作有助于进一步开发绿色,高效,经济的锂电池回收及电子垃圾中贵金属回收的工艺。 文献链接: https://doi.org/10.1038/s41560-023-01348-y