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行业新闻

能量转化效率72.47%!中国学者在直接电解海水制氢方面取得新进展

发布时间:2021-07-26 09:17:03  
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氢气能量密度高、能量转换效率优异且没有污染,是一种零排放的新能源,被认为是应对环境和能源问题的理想燃料。制备氢气最环保绿色的方法是用可再生电能来电解水制氢。随着可再生能源发电量的不断增长,电网需要可靠的储能技术对不稳定的可再生电能并网进行调节。电解水制氢可为能源系统的清洁和可持续发展提供一种很好的选择。

能量转化效率72.47%!中国学者在直接电解海水制氢方面取得新进展(图1)

目前,淡水电解制氢的研究已较为成熟。但是,淡水电解制氢要占用大量的淡水资源。从节约淡水资源的角度出发,全球科研人员开展了电解海水制氢的研究。电解海水制氢有两种方式,第一种是先对海水淡化并除杂形成淡水后进行电解,第二种是直接对海水进行电解。第一种方法会增加海水淡化的成本。因此,研究人员对直接电解海水制氢比较关注。但是现有的海水电解技术由于电解槽各部件直接与成分复杂的海水接触,对电极材料和膜材料的要求较高,高效、稳定、廉价的海水电解技术仍有待开发。

据中国科学院宁波材料技术与工程研究所消息,近日,该所燃料电池技术团队基于前期开发多年的扁管型固体氧化物燃料电池,创新性地尝试了在高温下进行海水电解制氢的研究。在未使用任何贵金属催化剂的情况下,获得了最高72.47%的能量转化效率。长期实验后电池的内部结构、成分和性能均未发生明显变化,电解电压亦远低于室温电解槽。

科研人员直接使用从宁波市近海取回的海水,采用鼓泡法,以氢气为载气携带海水挥发物,通入固体氧化物电解池在750℃下进行电解。该方法由于先将海水加热蒸发,海水中的绝大部分杂质不与电解槽接触,因而难以对电解槽造成破坏。

由于高温下更好的热力学和动力学条件,高温电解过程的电压远低于常温电解槽。即便将加热蒸发海水及加热升温所有原料的热量均考虑在内,且不考虑高温尾气的利用,该方法的能量转化效率高达72.47%,具有良好的应用前景。该成果已发表在国际能源工程领域知名学术期刊《应用能源》Applied Energy上。

能量转化效率72.47%!中国学者在直接电解海水制氢方面取得新进展(图2)
                           恒流电解过程中的产氢量与电解电压

能量转化效率72.47%!中国学者在直接电解海水制氢方面取得新进展(图3)
不同电解条件下的电解效率

据了解,中科院宁波材料所新能源所的燃料电池技术团队成立于2015年,团队核心成员包括官万兵、王建新、杨钧研究员。团队与海内外知名院校、同行广泛合作。近年来,团队参与承担了国家重点研发、国家自然科学基金重点项目,主持了国家自然科学基金、宁波市重大专项以及企业委托等十余项重点任务。2019年12月,研发团队联合材料所、中科创星、东睦新材料等共同发起创立了氢邦科技,从事高温燃料电池技术转移转化工作。