中國學者在直接電解海水制氫方面取得最新進展！ ——可將能量轉化效率提高至72.47%！
發(fā)布時間：
2022-06-02
當前，氫氣被認為是應對環(huán)境和能源問題的理想燃料，是因為能量密度高、能量轉換效率優(yōu)異且沒有污染，是一種零排放的新能源。制備氫氣最環(huán)保綠色的方法是用可再生電能來電解水制氫。隨著可再生能源發(fā)電量的不斷增長，電網需要可靠的儲能技術對不穩(wěn)定的可再生電能并網進行調節(jié)。電解水制氫可為能源系統(tǒng)的清潔和可持續(xù)發(fā)展提供一種很好的選擇。
當前，氫氣被認為是應對環(huán)境和能源問題的理想燃料，是因為能量密度高、能量轉換效率優(yōu)異且沒有污染，是一種零排放的新能源。制備氫氣最環(huán)保綠色的方法是用可再生電能來電解水制氫。隨著可再生能源發(fā)電量的不斷增長，電網需要可靠的儲能技術對不穩(wěn)定的可再生電能并網進行調節(jié)。電解水制氫可為能源系統(tǒng)的清潔和可持續(xù)發(fā)展提供一種很好的選擇。
雖然淡水電解制氫的研究已較為成熟。但是，淡水電解制氫要占用大量的淡水資源。從節(jié)約淡水資源的角度出發(fā)，全球科研人員開展了電解海水制氫的研究。電解海水制氫有兩種方式，第一種是先對海水淡化并除雜形成淡水后進行電解，第二種是直接對海水進行電解。第一種方法會增加海水淡化的成本。因此，研究人員對直接電解海水制氫比較關注。但是現(xiàn)有的海水電解技術由于電解槽各部件直接與成分復雜的海水接觸，對電極材料和膜材料的要求較高，高效、穩(wěn)定、廉價的海水電解技術仍有待開發(fā)。
據(jù)中國科學院寧波材料技術與工程研究所消息，近日，該所燃料電池技術團隊基于前期開發(fā)多年的扁管型固體氧化物燃料電池，創(chuàng)新性地嘗試了在高溫下進行海水電解制氫的研究。在未使用任何貴金屬催化劑的情況下，獲得了最高72.47%的能量轉化效率。長期實驗后電池的內部結構、成分和性能均未發(fā)生明顯變化，電解電壓亦遠低于室溫電解槽。
科研人員直接使用從寧波市近海取回的海水，采用鼓泡法，以氫氣為載氣攜帶海水揮發(fā)物，通入固體氧化物電解池在750℃下進行電解。該方法由于先將海水加熱蒸發(fā)，海水中的絕大部分雜質不與電解槽接觸，因而難以對電解槽造成破壞。
由于高溫下更好的熱力學和動力學條件，高溫電解過程的電壓遠低于常溫電解槽。即便將加熱蒸發(fā)海水及加熱升溫所有原料的熱量均考慮在內，且不考慮高溫尾氣的利用，該方法的能量轉化效率高達72.47%，具有良好的應用前景。該成果已發(fā)表在國際能源工程領域知名學術期刊《應用能源》Applied Energy上。
圖1 恒流電解過程中的產氫量與電解電壓
據(jù)了解，中科院寧波材料所新能源所的燃料電池技術團隊成立于2015年，團隊核心成員包括官萬兵、王建新、楊鈞研究員。團隊與海內外知名院校、同行廣泛合作。近年來，團隊參與承擔了國家重點研發(fā)、國家自然科學基金重點項目，主持了國家自然科學基金、寧波市重大專項以及企業(yè)委托等十余項重點任務。2019年12月，研發(fā)團隊聯(lián)合材料所、中科創(chuàng)星、東睦新材料等共同發(fā)起創(chuàng)立了氫邦科技，從事高溫燃料電池技術轉移轉化工作。
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