雖然由甲醇或氫供電的低溫燃料電池已經被廣泛研究，但由于缺少對聚合物材料的有效催化系統(tǒng)，現有的低溫燃料電池技術不能直接使用生物質作為一種燃料。近日，美國佐治亞理工學院的科學家研制出一種新型低溫燃料電池，在催化劑幫助下通過激活太陽能或熱能，可以將生物質直接轉化為電能。

圖片：太陽能誘導的直接使用生物質發(fā)電的混合燃料電池。這種燃料電池依賴于POM催化劑(小瓶中所示)，當與光發(fā)生反應，它改變了顏色。

這種混合動力燃料電池可以使用各種生物質原料，包括淀粉，纖維素，木質素，甚至柳枝稷，粉狀木材，微藻和家禽加工廢棄物。該設備可在發(fā)展中國家為小規(guī)模單位提供電力，并在生物質數量豐富的地區(qū)為大型設施提供電力。

研究人員介紹，他們開發(fā)的這種新方法可以在室溫下處理生物質，并且生物質的類型不受限制。這是一種非常通用的方法，可以利用各種生物質和有機廢棄物發(fā)電，而且不需要對原料進行純化。生產生物質燃料電池的挑戰(zhàn)是，生物質中的碳-碳鍵不能被常規(guī)的催化劑，包括貴金屬分解。為了解決這一問題，科學家們已經開發(fā)出了微生物燃料電池，其中的微生物或酶可以分解生物質。但是該方法存在許多缺點，從這種電池中輸出的功率是有限的，微生物或酶只能選擇性地分解特定類型生物質，而且生物系統(tǒng)在很多因素下會失效。佐治亞理工學院的科學家通過改變其化學反應，允許外部能源激活燃料電池的氧化-還原反應來解決了這些問題。

在這個新系統(tǒng)中，生物質被碾碎，并與多金屬氧酸鹽(POM)催化劑溶液混合在一起，然后暴露在太陽光下或進行加熱。作為一種光化學和熱化學催化劑，POM既可用作氧化劑又可作為電荷載體。POM在光和熱輻射下氧化生物質，并將電荷從生物質運送到燃料電池的陽極。這些電子隨后被輸送到陰極，并最終通過外部電路被氧化產生電。

研究人員解釋，如果在室溫下混合生物質和催化劑，它們是沒有反應的。但是將它們暴露在光或熱下，反應開始了。POM引入了一個中間步驟，因為生物質不能直接接觸到氧。該系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，它結合光化學和太陽能熱降解生物質在一個單一的化學過程，并引導了高太陽能轉化和有效生物質降解。這個過程中沒有使貴金屬作為陽極催化劑，因為燃料的氧化反應是由POM溶液催化的。最后，由于POM是化學穩(wěn)定的，混合燃料電池可以使用未純化的聚合生物質而不用擔心貴金屬陽極中毒。該系統(tǒng)可以使用水溶性生物質，或有機材料懸浮在液體中。在實驗中，燃料電池運行了長達20小時，這表明POM催化劑不需要進一步處理就可以重復利用。

在論文中，研究人員報告其最大功率密度為每平方厘米0.72毫瓦，這比基于纖維素的微生物燃料電池高近100倍?？茖W家們認為當這一過程優(yōu)化后，其輸出量還可以提高五到十倍。