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氢是一种储量丰富的物质，约占宇宙质量的75% 。它也是一种有一天肯定会更大规模地用于车辆推进的元素。为了实现这一目标，改进存储方法至关重要，因为有效存储这种材料是一项具有挑战性的任务，并且必须满足某些参数才能符合安全规范。氢的单位质量能量较高，但由于环境温度较低，单位体积能量较低。它可以以气体或液体的形式物理存储。以气体形式储存需要高压罐。另一方面，如果以液体形式储存，则需要低温，因为氢的沸点为-252.8°C。它也可以存储在固体表面或固体内部。所有可用的存储选项都有一个共同点：它们需要大型储罐。如果涉及固定应用，这并不是什么大问题。然而，当涉及燃料电池驱动的移动出行时，在提供安全、轻松的加油的同时实现 200-300 公里的行驶里程变得更加困难。

最近（ 2021年），弗劳恩霍夫研究所的科学家设计了一种适用于小型车辆的氢基燃料。该燃料基于固体氢化镁，称为 POWERPASTE。POWERPASTE 的设计方式可以在室温和大气压下以化学形式存储氢气，然后根据需要释放。此外，科学家们还确保 POWERPASTE 仅在 250°C 左右的温度下开始分解，这意味着即使电动滑板车暴露在阳光下数小时，它也不会自燃。此外，加油非常简单：不需要加油站，驾车者只需用新的空罐更换，然后在家中或路上用自来水补充油箱即可。

POWERPASTE 的原材料是镁，这是一种丰富的元素，也是一种容易获得的原材料。镁粉与氢气混合形成氢化镁，过程在 350°C 和五到六倍大气压下进行。然后科学家们添加了酯和金属盐以形成成品。POWERPASTE 安装在车辆中，通过柱塞从药筒中释放。通过从车载水箱中添加水，随后的反应产生了氢气，其数量与燃料电池的实际需求相对应。另一个有益的特点是，只有一半的氢气来自POWERPASTE，其余的由添加的水产生，这增加了产品的能量存储密度。

长期以来，科学家们一直在尝试改进氢推进发动机。2019年开发了一种基于纸基板和铝箔的轻质柔性燃料电池，在运行过程中通过与电解质溶液反应作为原位氢源。由于多孔纤维素网络抑制羟基传输，即使使用强碱性电解质，也可以控制强烈的Al腐蚀反应，使得燃料电池可以在0.83V下放电5小时以上。能源效率高达72%。燃料电池在面对不同弯曲角度时的柔韧性也相当好。鉴于其适度的功率输出，这种柔性纸基氢燃料电池适合为各种低瓦数和柔性设备供电，例如可穿戴电子产品。然而，通过适当堆叠燃料电池可以获得更高的功率。

Image: Schematic diagrams of the flexible hydrogen PBFC: (a) Working principle; (b) Exploded view of the cell structure



Source: Yifei Wang, Holly Kwok, Yingguang Zhang, Wending Pan/ Flexible hydrogen fuel cell fabricated on paper with embedded aluminium foil/ E3S Web of Conferences 83:01004, January 2019/ DOI:10.1051/e3sconf/20198301004/ Open Source This is an Open Access article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

的条款分发。 2022年，一组科学家制备了用于从甲醇合成氢的 Nafion 膜，该膜包含两种不同的纳米复合材料 MF -4SC 膜，并通过两种不同的聚苯胺渗透程序中的浇铸方法用聚苯胺（PANI）进行改性。电流密度、稳定性和甲醇浓度方面的操作条件均得到改善。分析了各种参数的电池性能，例如甲醇浓度、水和电池电压。在不同温度下评估不同膜的纯水电解所需的能量。^{PEM 电解槽在 160 mA/cm 2}的工作电流下可提供 30 mL/min 的更好的氢气产量。人们发现甲醇-水电解比纯水电解需要更少的电力。甲醇电解的能耗为2.34 kW·h/kg氢气。这比电解水生产 1 公斤氢气所需的电能低了好几倍。

Image: SEM images of the surface of the MF-4SC membrane (a) and composite membrane MF-4SC/PANI-3H* (b). SEM images of the cross section of an MF-4SC membrane (c) and composite membrane MF-4SC/PANI-3H* (d)



Source: Carlos Sanchez, Francisco J. Espinos, Arturo Barjola, Jorge Escorihuela/ Hydrogen Production from Methanol–Water Solution and Pure Water Electrolysis Using Nanocomposite Perfluorinated Sulfocationic Membranes Modified by Polyaniline/ Polymers 14(21):4500, October 2022/ DOI:10.3390/polym14214500/ Open Source This is an Open Access article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

 电源糊是一项有利的发明，原因如下： 首先，它具有高能量存储密度，这大大提高了能量存储密度。高于 700 bar 高压罐。并且相比电池，它具有十倍的储能密度。其高能量存储密度也使其成为汽车、运输车辆和电池供电电动汽车增程器的合适燃料。POWERPASTE 还可以显着延长大型无人机的飞行时间，这使其对于林业或电力线路检查等调查工作特别有用。除了提供高工作范围外，该焊膏不需要昂贵的基础设施。如果没有加氢站，加油站可以简单地以盒或罐的形式出售，因为糊状物是流动的且可泵送。首先，此类加油站可以供应少量的 POWERPASTE（例如装在金属桶中），然后根据需求进行扩展。这需要的资本支出显着低于传统储氢。这种糊剂的运输成本也很低，因为既不涉及昂贵的高压罐，也不使用极冷的液态氢。

Fraunhofer IFAM 目前正在 Fraunhofer 储能和系统 ZESS 项目中心建设 POWERPASTE 生产工厂。该工厂计划于 2021 年开始运营，每年产量可达 4 吨——不仅用于电动滑板车。

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