2016年8月25日
使用电而不是热可以降低能源成本和温室气体排放。
麻省理工学院的研究人员试图开发一种新的电池，但没有成功。相反，他们在实验室测试中发现了一个意想不到的发现，他们发现了一种生产金属锑的全新方法——也可能是一种熔炼其他金属的新方法。
这一发现可能会导致金属生产系统的成本大大降低，并几乎消除与大多数传统金属冶炼相关的温室气体排放。研究人员说，尽管锑本身不是一种广泛使用的金属，但同样的原理可能也适用于生产更丰富、经济上更重要的金属，如铜和镍。
这一惊人的发现发表在本周的杂志上自然通讯，材料化学约翰·f·艾略特教授Donald Sadoway的一篇论文;欧洲杯足球竞彩博士后华谊阴;和访问学者钟布莱斯。
“我们试图为电池开发一种不同的电化学方法，”Sadoway解释道，作为全液体高温蓄电池各种化学配方的延伸，他的实验室已经开发了好几年。这些电池的不同部分是由不同密度的熔融金属或盐组成的，因此本质上形成了独立的层，就像油浮在水面上一样。
“我们想研究在液体电池的正极和负极之间放置第二种电解质的效用，”Sadoway说。
意想不到的结果
但是实验并没有按计划进行。“我们发现，当我们给这个假定的电池充电时，我们实际上是在生产液体锑，而不是给电池充电，”萨德韦说。
然后，我们开始探索到底发生了什么。
他们使用的材料，硫化锑，是一种熔融的半导体，这通常不允许电解过程的类型，用于生产铝和其他一些金属通过应用电流。
“硫化锑是一种非常好的电子导体，”Sadoway说。“但如果你想做电解，你只需要离子导体”——也就是说，一种材料，能很好地传导带有净电荷的分子。但通过在熔化的半导体上添加另一层，一层非常好的离子导体，电解过程在这个“电池”中工作得非常好，将金属从硫化物中分离出来，在电池底部形成99.9%的纯锑池，而纯硫气体聚集在顶部，在那里它可以作为化学原料收集使用。
在典型的冶炼过程中，硫会立即与空气中的氧结合，形成二氧化硫，这是一种重要的空气污染物，也是酸雨的主要原因。但相反，这一包含过程提供了高度净化的金属，而无需担心清除污染气体。
简单、高效的流程
Sadoway解释说，电解比传统的热熔炼方法效率高得多，因为它是一个单步连续过程。这一过程的发现使铝在一个多世纪前从一种比银更贵重的金属变成了一种广泛使用的廉价商品。如果该工艺可以应用于铜等其他普通工业金属，就有可能大幅降低价格，并减少与传统生产有关的空气污染和温室气体排放。
Sadoway说:“让这一发现如此令人兴奋的是，我们可以想象对大量使用的铜和镍做同样的研究。”从锑开始是有意义的，因为它的熔点要低得多，只有631摄氏度他说，尽管其他金属较高的熔化温度增加了设计整个生产系统的复杂性，但基本的物理原理是相同的，因此这样的系统最终应该是可行的。
“锑是这个想法的一个很好的测试工具，但我们可以想象对更常见的金属做类似的事情，”Sadoway说。虽然这个演示使用的矿石是一种硫化物(金属与硫的结合)，“我们没有理由认为这种方法不能推广到氧化物原料”，这代表了金属矿石的另一个主要类别。这种工艺将产生纯氧作为副产品，而不是硫。
萨德威说，最终，如果这种工艺能够生产钢铁，将会产生重大影响，因为“炼钢是主要温室气体二氧化碳的头号来源”。但这将是一个更加困难的过程，因为铁的高熔点约1540摄氏度。
这项研究由美国能源部、高级能源研究项目(ARPA-E)和法国能源公司道达尔公司资助