液态金属催化铝水反应制氢触发效应

能源是人类文明赖以生存和发展的必要基础。氢气具有高比质量能量和高燃烧热值，燃烧产物仅为水，环保无毒，被称为21世纪的理想能源，引起了全球科学家广泛关注，发展了众多的制氢方法（图11.7）。氢气的应用具有分布式、小型化的发展趋势。然而，作为二次能源，已有的氢气制取方式工艺复杂，能耗高，效率低。

图11.7　典型的产氢机制

常温液态金属触发的铝水反应制氢技术有望实现常温下实时按需可持续制氢，是一种符合时代发展的绿色能源技术［8］。早期研究的低熔点金属触发铝水反应制氢，都需要预先通过外场作用，如高温熔炼或球磨，加工好铝活化金属合金，这使其前期准备工艺相当复杂，且制备好的合金不利于长期储存。

笔者实验室针对液态金属常温触发铝水反应快速制氢原理，系统构建了相应技术体系（图11.8）［9-15］，并研制出了原理样机，有关研究被全球范围许多科学新闻报道，其中非常明确的针对性应用有利用无须携带的海水实现舰船用氢燃料电池等。研究发现，常温下将铝直接加入镓基液态金属后，再将其置于水中，会产生氢气［9］，且直接利用液态金属处理过的铝板，可以与海水发生反应生成氢气［10］。含铝液态金属在溶液中，不同界面上氢气产生的模式不同，氢气的产生主要集中在液态金属与容器基底的接触面上［11］。液态金属在参与反应的过程中，损耗极其微小，可以回收，继而实现循环利用［12］。(www.xing528.com)

图11.8　液态金属触发铝水反应制氢相关情况

常温液态金属触发铝水反应制氢除了用于氢气的量产外，还有独特应用价值。在液态金属中加入铝，铝与水反应产生氢气气泡，推动液态金属小马达运动［13］，而且通过施加电场、磁场等外场，可调控小马达的运动方向［14］。这在自驱动柔性机器、药物输送、环境保护、微机电系统以及在飞行器、汽车、水下航行器中都有广阔的应用前景。

无独有偶，晚于上述尝试的是，麻省理工学院的衍生企业Open Water Power（OWP）对外宣称已成功开发出一种安全、耐用的新型铝水电池系统，获得大量风险投资。与传统锂离子电池相比，新系统使无人潜航器的续航能力提高了10倍。这些进展说明铝水直接产氢技术的重要意义。