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東京工業大學理工研究所應用化學專業教授大塚潔領導的研究小組日前開發出了利用氧化鐵（Fe3O4）的氧化還原反應的貯氫技術，并開始研究將該技術用于燃料電池汽車。其中使用的氧化鐵是利用“尿素法”制成的。采用這種方法的優點是可以將氧化鐵制成約100nm的微粒子，而且還可以加入鋁等催化劑使其均勻擴散。 氧化鐵與氫氣發生還原反應后生成鐵（Fe）。把生成的Fe作為貯氫材料，加入水進行氧化反應后則可以生成氫。從理論數值上講，Fe可以生成4.8wt%的氫，試驗數值也相當接近理論數值。考慮到貯氫合金的氫吸藏量僅為2wt%多一點，氧化鐵的貯存密度可謂相當高。另外，生成氫的條件為約300℃、常壓，因此便于實際應用。大塚認為同其它的貯存材料相比，氧化鐵具有以下優點：安全、低價、不會排出二氧化碳，對環境的影響也較小，因此這將是一種很有發展前途的貯氫材料。 所謂尿素法，是讓尿素進行加水分解逐漸生成氨和氫氧離子，由于pH值可以保持穩定，因此使得粒子的直徑變小。原料使用的是硝酸鐵的水溶液。硝酸鐵中加入氫氧離子后生成氫氧化鐵。將此溶液加熱至400～500℃便可生成氧化鐵（Fe3O4）。另外可采用氯化鋁水溶液作為催化劑與硝酸鐵一起加入，可以形成催化劑均勻地分散于氧化鐵粒子中的狀態。催化劑的添加量為3～5wt%。 由于氧化鐵粒子的直徑非常小--約100nm，因此其表面積較大，氧化還原反應可以穩定地進行。另外由于催化劑的作用，除了可以促進氧化還原反應之外，還有防止粒子之間燒結貼緊的作用。 在氧化鐵中貯存氫的反應公式如下。該反應為吸熱反應。在大約300℃的溫度下進行反應。 Fe3O4＋4H2→3Fe＋4H2O 生成氫的反應公式如下。也就是說氫是由水生成的。該反應本身是放熱反應，但要使反應開始進行并提高反應速度的話需要300℃的溫度。不過大塚預計該反應溫度將可以降低到200℃左右。 3Fe＋4H2O→Fe3O4＋4H2 目前僅僅是在實驗室內用玻璃器皿內進行了氫的貯存和生成實驗。使用壓縮成形機將粉末狀的氧化鐵制成圓筒形，在石英管內保存幾克，在貯氫時注入氫，在生成時加入水。盡管進行了壓縮，小球中仍然存在很多空間，氫元素和水可浸入其中。當Fe全部變為Fe3O4后反應結束。生成的Fe3O4可以再次參加貯存氫的反應，能夠循環利用。 如果將其配備到汽車上，大約100kg的Fe可以生成約5kg的氫氣，這對于汽車行駛來講已經足夠了。100kgFe的體積大約為13L，從空間的角度考慮，優勢也非常明顯。在實際使用時，可以將Fe做成盒狀嵌入到汽車中，在其全部變為Fe3O4后，可以在氫氣供應站等處更換為Fe。而在氫氣供應站，可以使用氫氣將Fe3O4還原為Fe。 根據大塚等的研究成果，Uchiya Thermostat公司正在研究推出使用該材料的盒式產品。 |
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