新型制氫電解槽
發布時間：
2022-06-02
據國外媒體報道：在最近發表于《自然通訊》(Nature Communications)一篇論文中，由阿姆斯特丹大學范霍夫分子科學研究所的Ning Yan博士領導的一組研究人員提供了一種實用的無膜制氫方法，即使用富土催化劑來進行水電解。他們與武漢大學和武漢理工大學的研究人員共同開發的新電解槽概念與目前為大規模制氫而開發的電解槽相比具有明顯優勢。
據國外媒體報道：在最近發表于《自然通訊》(Nature Communications)一篇論文中，由阿姆斯特丹大學范霍夫分子科學研究所的Ning Yan博士領導的一組研究人員提供了一種實用的無膜制氫方法，即使用富土催化劑來進行水電解。他們與武漢大學和武漢理工大學的研究人員共同開發的新電解槽概念與目前為大規模制氫而開發的電解槽相比具有明顯優勢。
新型電解槽核心的微結構
FeP-CoP 嵌入氮摻雜碳電催化劑的制備示意圖
雖然電解槽已被應用200 多年，但該技術仍面臨重大挑戰。例如，傳統的堿性電解更適合在低電流密度和低壓下運行，而新興的質子交換膜(PEM)電解槽需要使用稀有的貴金屬催化劑和大量的純水。
三明治式建筑
新型電解槽由兩個相同且獨立的隔間組成，具有類似三明治的結構。夾層中流動著兩種溶液：富氫陰極電解液和富氧陽極電解液。在操作過程中，陽極電解液和陰極電解液來回循環，從而使每個隔室的作用不斷互換。因此，新型電解槽可提供純度超過99%的氫氣。
據Yan博士說，這種新設計具有兩大優點：緊密的夾層結構導致離子的移動距離很短，使無膜電池的歐姆電阻與PEM電解槽的電阻相當。再加上兩個反應室的分離，這為該電池在高電流密度下工作提供了機會，可與PEM的電流密度相媲美。此外，新電解槽設計非常堅固，在去離子水和普通自來水中都能很好地工作。
循環運行
為了實現連續的性能，該電解槽以循環的方式運行，其中電極催化劑是雙功能的。測試表明，它在水還原反應和水氧化反應中的表現同樣出色。這里的一個重要優勢是，不需要貴金屬。相反，該電池使用了一個改良版的使用氮摻雜多孔碳作為載體的催化劑，該催化劑是由Yan和Gadi Rothenberg教授早先為燃料電池和超級電容器應用開發的。這些高度多孔和結構化的材料現在已經被博士生Jasper Biemolt用作鐵鈷合金及其磷化物衍生物的載體。
擴大該電池技術的規模需要未來付出更多努力。聯合合作將繼續解決各種基礎和應用問題，如技術經濟分析和自來水電解液中工作電極和輔助電極的動態行為。
文獻參考：
Xiaoyu Yan, Jasper Biemolt, Kai Zhao, Yang Zhao, Xiaojuan Cao, Ying Yang, Xiaoyu Wu, Gadi Rothenberg & Ning Yan: A membrane-free flow electrolyzer operating at high current density using earth-abundant catalysts for water splitting. Nat Commun 12, 4143 (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-24284-5
相關新聞
合肥暢合能源科技有限公司