科學家研發木質素作燃料的新型綠色燃料電池

Link?ping 大學（林雪平大學）有機電子實驗室的研究人員開發了一種燃料電池，它使用木質素作為燃料，這是造紙工業中的一種便宜副產品，同時也是最常見的生物聚合物之一。圖片來源： Link?ping Universitet

木質素是一種可以將纖維素纖維粘合在一起形成堅固耐用木材的生物聚合物，林木里大約有25％是木質素。在紙漿的化學製造過程中，只有纖維素是製造紙張的理想組分，所以木質素會溶解在硫酸鹽或亞硫酸鹽中，因此木質素便宜且容易獲得。它是一種生物聚合物，由大量碳氫化合物鏈編織而成，可在工業過程中分解為高能的苯二醇。其中，鄰苯二醇占木質素的7%。Xavier Crispin教授領導的 Link?ping 大學有機能源材料部門研究小組通過研究發現，苯二醇這種類型的分子是一種非常好的燃料電池燃料。

傳統燃料電池中最常使用的燃料是氫氣，它能與空氣中的氧氣發生反應。化學能在燃料電池中轉化為電能，並釋放水和熱。然而全球96％的氫氣來自非可持續能源，並且獲取氫氣的過程伴隨著二氧化碳的排放。

燃料電池中使用的其他燃料是乙醇和甲醇，但這些燃料在反映的過程中同樣也會產生二氧化碳。並且，容納自由電子所需的電極通常由鉑製成，這是一種昂貴又稀少的金屬元素。

然而，苯二醇是一種芳香族分子，並且金屬電極不能用於含有苯二醇的燃料電池中，因為會促使反應變得稍微複雜。研究人員改用由常用導電聚合物PEDOT：PSS製成的電極。這種聚合物既具有導電的特性，同時具有多餘的質子。這就意味著它可以用作電極和質子導體。

「PEDOT：PSS是苯二酚反應的一種理想催化劑例如鄰苯二酚，」Xavier Crispin說。

燃料的化學能被轉化為電能時不形成二氧化碳。

「在燃料電池中使用乙醇等燃料時，人們通常會說它對氣候影響不大，因為二氧化碳是大氣循環的組成部分，這意味著乙醇被認為是一種綠色燃料。我們現在可以製造不會排放任何二氧化碳的電力，我們的燃料將因此成為超級綠色能源。這種技術既便宜又可進行擴展研究，」 Xavier Crispin說。

目前只有少數研究小組研究了PEDOT：PSS作為電極和催化劑材料的可能性。

「在電化學領域，關於PEDOT：PSS的基本研究十分缺乏。」Xavier Crispin總結道，同時他自豪地介紹了他的博士生Canyan Che和首席研究工程師Mikhail Vagin，他們同樣是燃料電池研究小組成員。

研究人員已經計算出，新型燃料電池產生的電量與目前使用乙醇和甲醇的燃料電池大致相同。

「我們已經探索得到從木質素生產鄰苯二酚的有效方法，並且我們是世界上第一個展示並且使用這種林業原料作為燃料的燃料電池公司，」Xavier Crispin總結道。

但這種燃料電池仍然需要改進和優化功能。

對於使用木質素作為燃料的燃料電池的研究結果已發表在科學期刊《Advanced Sustainable Systems》雜誌上。

該研究由數字纖維素中心主持，由Vinnova提供資金支持，同時也是政府在 Link?ping 大學先進功能材料戰略投資的一部分。

原文來自phys，原文題目為Lignin – a supergreen fuel for fuel cells，由材料科技在線團隊翻譯整理

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