新型制氫電解槽

發(fā)布時間：

2022-06-02

據(jù)國外媒體報道：在最近發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)一篇論文中，由阿姆斯特丹大學(xué)范霍夫分子科學(xué)研究所的Ning Yan博士領(lǐng)導(dǎo)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(jìn)行水電解。他們與武漢大學(xué)和武漢理工大學(xué)的研究人員共同開發(fā)的新電解槽概念與目前為大規(guī)模制氫而開發(fā)的電解槽相比具有明顯優(yōu)勢。

　　據(jù)國外媒體報道：在最近發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)一篇論文中，由阿姆斯特丹大學(xué)范霍夫分子科學(xué)研究所的Ning Yan博士領(lǐng)導(dǎo)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(jìn)行水電解。他們與武漢大學(xué)和武漢理工大學(xué)的研究人員共同開發(fā)的新電解槽概念與目前為大規(guī)模制氫而開發(fā)的電解槽相比具有明顯優(yōu)勢。

　　

新型電解槽核心的微結(jié)構(gòu)

 

　　新型電解槽核心的微結(jié)構(gòu)

　　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(yīng)用200 多年，但該技術(shù)仍面臨重大挑戰(zhàn)。例如，傳統(tǒng)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(zhì)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(jié)構(gòu)。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(huán)，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(jù)Yan博士說，這種新設(shè)計具有兩大優(yōu)點：緊密的夾層結(jié)構(gòu)導(dǎo)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(dāng)。再加上兩個反應(yīng)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(shè)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(huán)運行

　　為了實現(xiàn)連續(xù)的性能，該電解槽以循環(huán)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(yīng)和水氧化反應(yīng)中的表現(xiàn)同樣出色。這里的一個重要優(yōu)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(yīng)用開發(fā)的。這些高度多孔和結(jié)構(gòu)化的材料現(xiàn)在已經(jīng)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(shù)的規(guī)模需要未來付出更多努力。聯(lián)合合作將繼續(xù)解決各種基礎(chǔ)和應(yīng)用問題，如技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和自來水電解液中工作電極和輔助電極的動態(tài)行為。

　　文獻(xiàn)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