中國(guó)學(xué)者在直接電解海水制氫方面取得最新進(jìn)展！ ——可將能量轉(zhuǎn)化效率提高至72.47%！
發(fā)布時(shí)間：
2022-06-02
當(dāng)前，氫氣被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)環(huán)境和能源問(wèn)題的理想燃料，是因?yàn)槟芰棵芏雀?、能量轉(zhuǎn)換效率優(yōu)異且沒(méi)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(lái)電解水制氫。隨著可再生能源發(fā)電量的不斷增長(zhǎng)，電網(wǎng)需要可靠的儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)不穩(wěn)定的可再生電能并網(wǎng)進(jìn)行調(diào)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(dāng)前，氫氣被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)環(huán)境和能源問(wèn)題的理想燃料，是因?yàn)槟芰棵芏雀摺⒛芰哭D(zhuǎn)換效率優(yōu)異且沒(méi)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(lái)電解水制氫。隨著可再生能源發(fā)電量的不斷增長(zhǎng)，電網(wǎng)需要可靠的儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)不穩(wěn)定的可再生電能并網(wǎng)進(jìn)行調(diào)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(kāi)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(duì)海水淡化并除雜形成淡水后進(jìn)行電解，第二種是直接對(duì)海水進(jìn)行電解。第一種方法會(huì)增加海水淡化的成本。因此，研究人員對(duì)直接電解海水制氫比較關(guān)注。但是現(xiàn)有的海水電解技術(shù)由于電解槽各部件直接與成分復(fù)雜的海水接觸，對(duì)電極材料和膜材料的要求較高，高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的海水電解技術(shù)仍有待開(kāi)發(fā)。
據(jù)中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所消息，近日，該所燃料電池技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于前期開(kāi)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(jìn)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(zhuǎn)化效率。長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)后電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分和性能均未發(fā)生明顯變化，電解電壓亦遠(yuǎn)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(jìn)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(zhì)不與電解槽接觸，因而難以對(duì)電解槽造成破壞。
由于高溫下更好的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，高溫電解過(guò)程的電壓遠(yuǎn)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(nèi)，且不考慮高溫尾氣的利用，該方法的能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)72.47%，具有良好的應(yīng)用前景。該成果已發(fā)表在國(guó)際能源工程領(lǐng)域知名學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用能源》Applied Energy上。
圖1 恒流電解過(guò)程中的產(chǎn)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(shù)團(tuán)隊(duì)成立于2015年，團(tuán)隊(duì)核心成員包括官萬(wàn)兵、王建新、楊鈞研究員。團(tuán)隊(duì)與海內(nèi)外知名院校、同行廣泛合作。近年來(lái)，團(tuán)隊(duì)參與承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，主持了國(guó)家自然科學(xué)基金、寧波市重大專(zhuān)項(xiàng)以及企業(yè)委托等十余項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)。2019年12月，研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化工作。
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