妙哉！新合金可及時產生氫氣供大規模使用

New aluminum-rich alloy produces hydrogen on-demand for large-scale uses
http://www.physorg.com/news122655117.html

February 19, 2008

普渡（Purdue）大學的工程師開發出一種富含鋁的新合金，那能夠藉由分解水而產生氫，而且與傳統上用於運輸與發電的燃料相較，具有經濟上的競爭力。

"我們現在有經濟上可實行的製程，可隨時（on-demand）為車輛、發電站及其他應用產生氫，" Jerry Woodall 說，普渡的電子與電腦工程特聘教授，他發明此程序。

此新合金包含 95% 的鋁與 5% 的某種合金，那由金屬鎵、銦、錫所製成。因為此新合金較先前合金包含較少昂貴的金屬鎵，氫因而能更便宜地產生，他說。

當浸入水中之後，合金會將水分解成氫與氧分子，氧會立刻與鋁反應，產生氧化鋁，亦稱為礬土，可回收再製成鋁。將礬土回收再製成鋁遠比採集含鋁的鋁土礦（bauxite）更加便宜，讓此技術較之其他形式的能源生產更具競爭力，Woodall 說。

"將鋁氧化物回再製成鋁以及惰性的鎵--銦--錫合金只有 60 次（譯註：應指他們做回收再製實驗的次數），利用此技術所產生能量（以氫與熱的形態）的成本可降至每千瓦小時 10 美分，讓它可與其他能源技術相競爭，" Woodall 說。

研究者將於 2/26 在 Materials Innovations in an Emerging Hydrogen Economy（新興氫能經濟中的材料創新）研討會期間（那自 2/24 至 27，在佛州 Cocoa Beach 舉行），描述關於此新合金的發現。

為此大規模技術開發合金的關鍵是控制固態鋁與鎵--銦--錫合金的微小結構。

"這是因為合金中的元素有著不同的結晶結構，以及鎵--銦--錫合金的低熔點，故此混合物有抗拒形成全部是同質固體的傾向，" Woodall 說。

此合金被說成具有二「相」是因為其組成包含一種突然的改變，從某種成份到另一種。

"藉由加熱，我能形成單一相的融化液態鋁與鎵--銦--錫合金。不過當我將它冷卻時，大部分的鎵--銦--錫合金卻無法同質結合至固態鋁，依然是種分離的液態相，" Woodall 說。"這些成份正如同冰與液態水般，分成二相。"

這種二相組成對此技術能有用似乎至為關鍵，因為它讓鋁合金能夠與水反應，並產生氫氣。

研究者早先時發現，緩慢冷卻的與迅速冷卻的新 95/5 鋁合金產生了截然不同的版本。迅速冷卻的合金所包含的鋁及鎵--銦--錫合金，顯然成為一種單一相。為了要讓它製造氫，它必須要與一洼液態的鎵--銦--錫合金接觸。

"這是個相當令人興奮的發現，因為它顯示合金會與水在室溫下反應以產生氫，直到所有的鋁用罄，" Woodall 說。

然而，工程師對於去年所學感到驚訝，緩慢冷卻的會形成二相的固態合金，這表示 95/5 鋁合金固態的部份會與水反應以產生氫，排除了液態鎵--銦--錫合金的需要。

"這是個神奇的發現，" Woodall 說。"過去令人好奇的東西，現在成了一種真正的替代能源技術。"

緩慢冷卻的技術所創造出來的合金，包含具有更高濃度的鋁。

普渡研究者正開發一種方法來創造合金磚，那能置於水槽中以便與水反應，並及時產生氫。這種技術將消除儲存與運送氫的需要，這是發展氫能經濟的二大潛在的絆腳石，Woodall 說。

鎵--銦--錫合金是惰性組成，這表示它能以近乎 100% 的效率，被回收與重新使用，他說。

"氧化鋁可經由當前業界所偏好的製程，稱為 Hall-Heroult（霍爾--赫魯特）製程，被回收再製成鋁，其所產生的二氧化碳是在引擎中燃燒汽油所產生的 1/3，" Woodall 說。

鋁藉由與水分子中的氧原子反應而將水分解，並在此過程中釋出氫。鎵--銦--錫合金是關鍵成份，因為它會阻礙鈍態的（passivating）氧化鋁層形成，通常與氧接觸後（氧化作用）會在純鋁表面形成。這種表層通常作為一種障礙，並避免氧與大量的鋁起反應。

研究者在 2007 年底開發出此新合金，而且首度在研討會中公開亮相。

"我們現在有種簡單的製程可製造 95/5，而且我們知道這種程序能夠將水分解，並產生氫氣直到所有的鋁合金用光為止，" Woodall 說。

然而，為了要讓此技術能用於主要應用，例如汽車與卡車或發電廠，將需要大規模的回收計畫以便將礬土變成鋁，而且還要回收鎵--銦--錫合金。其他基礎建設構成要素，例如相關的製造與供應鏈，也需要開發，他說。

"所以經濟風險頗大，不過潛在收益也很大，" Woodall 說，他獲頒 2001 National Medal of Technology，美國技術成就的最高榮譽。

鋁，地球上最豐富的金屬，是由鋁土礦物提煉而成，那也包含鎵。

未來的研究將包含學習此程序背後的化學機制，以及此合金的微觀結構。

※ 如果能開發將水分離成氫與氧的催化劑更好。

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