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宁波材料所在直接电解海水制氢研究方面取得进展
发布时间:2021-07-23 点击浏览:
   随着间歇性可再生能源发电量的不断增长,未来高效、清洁和稳定的电网需要可靠的储能技术对不稳定的可再生电网进行调节。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,基于海水的电解技术也能避免占用稀缺的淡水资源。因此,大量科研人员试图以海水为原料,直接电解海水制氢,通过合成和改进电极材料,获得更低的电解电压、更低的材料成本和更好的长期稳定性。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。

  近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属新能源所氢能实验室(筹)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。在200mA/cm-2的电流密度下进行了420h的长期恒流电解,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(约1.30V)远低于常温电解槽(2.0V左右)。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亦可高达72.47%,具有良好的应用前景。

  该工作以“Efficiency and stability of hydrogen production from seawater using solid oxide electrolysis cells”为题发表在国际能源工程领域知名期刊Applied Energy上。上海大学课题生刘曌为本文第一作者,氢能实验室(筹)官万兵研究员和陈亮研究员为本文通讯作者。本工作得到国家自然科学基金(U20A20251)、中国科学院“0~1”创新项目(ZOBDS-LY-JSC021)、浙江省重点研发项目(2021C0101)、宁波科技创新2025重大专项(2019B10046、2020Z107)的支持。

图1 长期恒流电解过程中的产氢量与电解电压

图2 不同电解条件下的电解效率

  (新能源所 刘曌)