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%！
發布時間：
2022-06-02
當前，氫氣被認為是應對環境和能源問題的理想燃料，是因為能量密度高、能量轉換效率優異且沒有污染，是一種零排放的新能源。制備氫氣最環保綠色的方法是用可再生電能來電解水制氫。隨著可再生能源發電量的不斷增長，電網需要可靠的儲能技術對不穩定的可再生電能并網進行調節。電解水制氫可為能源系統的清潔和可持續發展提供一種很好的選擇。
當前，氫氣被認為是應對環境和能源問題的理想燃料，是因為能量密度高、能量轉換效率優異且沒有污染，是一種零排放的新能源。制備氫氣最環保綠色的方法是用可再生電能來電解水制氫。隨著可再生能源發電量的不斷增長，電網需要可靠的儲能技術對不穩定的可再生電能并網進行調節。電解水制氫可為能源系統的清潔和可持續發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。從節約淡水資源的角度出發，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、穩定、廉價的海水電解技術仍有待開發。
據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多年的扁管型固體氧化物燃料電池，創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，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、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委托等十余項重點任務。2019年12月，研發團隊聯合材料所、中科創星、東睦新材料等共同發起創立了氫邦科技，從事高溫燃料電池技術轉移轉化工作。
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