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无膜水电解 绿氢生产更便宜
中国科学报 张楠 / 时间:2024-02-08 09:07:05

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新型电解槽可以低成本生产绿氢。图片来源:BERNAT ARMANGUE

 中国科学报 2月7日讯:为摆脱对化石燃料的依赖,人类需要以更经济高效的方式生产清洁燃料,利用可再生电力从水中分解出绿氢就是其中之一。近日,《自然-材料》报道了一种新方法,可以使水分解装置不必再使用昂贵的离子膜,而是在完全独立的新型电解槽中就可以低成本生产氢气和氧气。

作为一种基于实验室的概念验证,虽然新设计的装置离大规模工业运行还差得远,但一旦取得成功,将使炼钢和化肥生产等重工业减少对石油、煤炭和天然气的依赖。

“这是个创新的概念。”未参与这项研究的美国俄勒冈大学化学家Shannon Boettcher认为,新装置可以在可变电量的情况下高效工作,这一优势可以使其更容易与风电场等提供的间歇性电力配对。

电解槽这种水分解装置依赖于两个电极之间的离子交换膜工作。它允许氢氧根离子从阴极传播到阳极,同时防止氢气和氧气混合而发生爆炸。

论文通讯作者、以色列理工学院材料科学家Avner Rothschild介绍,绿氢的成本主要来自电解槽,而离子膜是电解槽最昂贵的部件之一。他认为,可以通过在空间或时间上“解耦”电解,并分离析氧和析氢的过程,来摆脱对离子膜的依赖。

研究人员设计的解耦电解槽,改变了液体电解质溴化钠的分子,在阳极发生析氢反应时,电解质中的溴离子转化为溴酸盐。含有溴酸盐的电解质被泵入容纳有催化剂的第二个腔室,在室温下分解为溴化物和氧气,从而得以高速连续生产氢气。

尽管新装置效率不如经典碱性电解槽高,但Rothschild认为:“我们可以在没有离子膜的情况下保持氢气和氧气的分离,这将大规模降低氢气生产成本。”他认为,在取消电解槽离子膜方面取得的任何成功,都有助于实现工业脱碳。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41563-023-01767-y

 


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