文章内容

中国研究人员开发出一种煤基燃料电池，通过电化学过程而非燃烧来发电。

 

传统燃煤发电通常与高污染、大量碳排放以及相对较低的效率联系在一起。然而，一种全新的煤基发电方式正在挑战这一根深蒂固的印象，它完全摒弃了燃烧过程。

该系统不是燃烧煤炭，而是将其化学能直接转化为电能，避免了通常决定其环境影响的二氧化碳排放。这一突破来自深圳大学的中国科学院院士谢和平领导的研究团队，他们开发出了所谓的零碳排放直接煤燃料电池（ZC-DCFC）。

这一概念有效地将煤重新定义为一种电化学能源，而非需要燃烧的燃料，为化石资源的更清洁利用开辟了一条潜在的新途径。

煤燃料电池设计无需蒸汽循环或燃烧

据报道，该系统中的煤并非被燃烧，而是在用于发电之前经历多步预处理工艺。它首先被磨成细粉，然后经过干燥、提纯，并进行表面处理以优化其反应活性。处理后的煤随后被送入燃料电池的阳极室，同时向阴极侧供应氧气。

在电池内部，煤颗粒通过一层氧化物膜被直接氧化，产生电化学反应，即时生成电能。至关重要的是，这种方法不再需要蒸汽产生和机械涡轮这类传统电厂核心的发电环节。

在阳极出口处，反应产生的二氧化碳被直接现场捕获，然后通过催化转化为合成气等有用的化学原料，或化学稳定为碳酸氢钠等化合物。这种闭环式的碳处理方式使得整个过程被描述为既安静又清洁。

相比之下，传统的燃煤电厂依赖燃烧产生热量，然后利用热量产生蒸汽，通过多级能量转换链驱动涡轮发电机。这种间接路径从根本上受到热力学极限的制约，特别是与热机相关的卡诺效率上限，限制了燃料能量可转化为可用电能的比例。

突破提升耐久性和功率输出限制

谢和平表示，传统煤电过程本身受到卡诺循环的限制，热效率上限大约为40%。他认为，零碳排放直接煤燃料电池（ZC-DCFC）避免了与燃烧和热机系统相关的能量损失，因而拥有显著更高的理论效率。

自2018年以来，谢和平的研究团队通过多次技术迭代逐步推进该技术，攻克了材料科学、电池耐久性、燃料处理以及维持连续进煤等方面的长期挑战。早期版本的直接碳燃料电池受限于功率密度低和运行寿命短，而最新设计旨在通过不断累积的工程优化来克服这些问题。

据研究团队介绍，最新版本的燃料电池在电堆可扩展性、长期稳定性、碳转化效率以及整体系统集成方面均有提升。

谢和平还指出，这一概念可应用于位于地下约1.2英里（约1.9公里）的深部煤层。无需将煤开采运输到地面——这是一个昂贵而复杂的过程——该系统就可以直接在地下将煤转化为电能，只向地面输送电力。这样一来，随着浅层煤炭储量逐渐枯竭，这种方法将有助于缓解供应压力。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！