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綠色氫不再昂貴?新型“陰離子交換膜”有望使電解過程無需貴金屬

2022-02-07 18:13:06來源:財聯社

財聯社(上海,編輯 黃君芝)訊,眾所周知,電解是降低綠色氫成本的關鍵。近期,一個韓國團隊表示,他們在陰離子交換膜方面取得了巨大的突破,這種膜不僅比目前的質子交換技術便宜很多,而且性能提高了20%左右。

電解是將水分解成氫和氧的過程。而如果這一過程能由可再生能源驅動,它將成為生產綠色氫氣的一個關鍵步驟。綠色氫燃料將在零排放的競賽中發揮重要作用,它提供了高能量密度,使其在一些難以脫碳的活動中成為一個有吸引力的選擇。

通常情況下,電解器使用質子交換膜(PEMs),其中電解質材料中的陽極和陰極被一層膜隔開,以允許帶正電的氫離子通過,因為它們被陰極所吸引。在這里,它們與電子結合形成氫氣,氫氣被收集,而氧氣則在陽極被釋放。

據了解,其中的成本問題來自于材料:PEMs所要求的酸性環境通常需要昂貴的金屬,如電極中的鉑、釕或銥,以及分離器板中的鈦。

因此,科學家們正在研究一種替代電解技術——陰離子交換膜(AEMs),其分離膜允許帶負電荷的OH-離子通過。它們被吸引到陽極上,在那里它們結合形成氧分子和水分子,而氫原子則被吸引到陰極上以氫氣的形式收集。

值得注意的是,AEMs可以在堿性條件下工作,因此它們不需要昂貴的貴金屬,所涉及的材料要便宜大約3000倍。作為一項相對年輕的技術,AEMs在氫電解方面還沒有取得商業成功,因為它們的性能沒有那么好,也沒有那么持久。

不過現在,韓國科學和技術研究所(KIST)的一個團隊表示,他們測試了一種新的膜和電極組件,其性能比以前的AEMs高出六倍,壽命至少高出10倍。更重要的是,它甚至比目前的PEM技術有20%的性能優勢。

根據一份新聞稿,該研究小組通過增加結構內的比表面積,開發了基于聚(芴-共-芳基哌啶)(PFAP)的陰離子交換材料(電解質膜和電極粘合劑),在堿性條件下具有高離子傳導性和耐用性,基于這項技術,開發了一種膜電極組件。

據稱,上述開發的材料代表了超過1000小時運行的優秀耐久性,并實現了7.68A/cm2的新電池性能記錄。這大約是現有陰離子交換材料性能的六倍,大約是昂貴的商業PEMWE技術(6 A/cm2)的1.2倍。該研究成果已于近期發表在了《能源與環境科學》雜志上。

不過,PEM電解器的使用壽命通常在5萬小時左右(5.7年)。因此,盡管KIST團隊似乎已經取得了相對于現有AEM電解器的百小時壽命的巨大進步,但它還沒有證明與今天的PEM相比具有同等或更高的耐久性。而且,即使這種材料有能力,也需要在試驗臺上再花五年左右的時間來證明它。這是一個艱難的障礙。

盡管如此,這種新的膜材料在這期間可能會找到其他用途。漢陽大學的Young Moo Lee教授說,“所開發的材料,不僅可以作為核心材料應用于水電解,而且還可以應用于氫燃料電池、碳捕獲利用和直接氨燃料電池,這些都是下一代的氫氣產業,具有很大的潛力?!?/p>

標簽: 陰離子 貴金屬 昂貴

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