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导读
背景 氢气，在常温常压下，是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体。它作为可以一种清洁高效的燃料使用。氢燃烧的产物是水，不会对环境造成任何污染。同时，氢燃烧的热值高居各种燃料之冠，据测定，每千克氢燃烧放出的热量为1.4*10^8J，为石油热值的3倍多。 目前，氢燃料不仅在航空航天项目中用于推进火箭，还可以用于新能源汽车，未来有望成为一种非常重要的可持续能源。如今，绝大多数的氢气制备是通过一种称为“甲烷水蒸气重整”的工艺，从天然气中提取出来，但缺点是它会同时释放出二氧化碳。 然而，电解水也是产生氢气的一种重要方法，而且不会生成二氧化碳。它将水（H2O）通过电流电解生成氧气（O2）和可作为燃料的氢气（H2）。电流通过水时，在阴极通过还原水形成氢气；在阳极则通过氧化水形成氧气，氢气生成量大约是氧气的两倍。 （图片来源：维基百科） 前不久，笔者介绍过美国哥伦比亚大学工程学院化学工程系助理教授 Daniel Esposito 的团队，采用太阳能光伏电池产生的电力进行电解水，有望取代“甲烷水蒸气重整”，成为制备氢燃料的下一代方法。 创新 近日，电解水制氢技术方面又有了新的突破。隶属于韩国蔚山国立科技大学（UNIST）的联合研究团队成功研制出混合固态电解槽（Hybrid-SOEC）系统。据报道，该系统在制氢方面具有极高的电化学性能。对于廉价且高效地制氢，这种受推荐的系统是一个新的有希望的选择。因为相比于其他水电解系统来说，它的性能更加优越，因此也备受各界关注。 UNIST 能源与化学工程学院的教授 Guntae Kim 与韩国能源研究所（KIER）教授 Tak-Hyoung Lim 以及淑明女子大学的教授 Jeeyoung Shin，合作领导了这项突破性研究。 （图片来源：UNIST） 技术 固体氧化物电解槽（SOEC）由两个电极和一种电解质组成，它们全是固态的。它们被强烈推荐为制氢的一种新的候选方案，因为无需补充损失掉的电解质，同时解决了腐蚀问题。除此之外，SOEC也可以工作在相对较高的温度下（700-1000 °C），这样也降低了电能损耗。 Kim 教授和他的研究团队正在寻找一种途径，利用SOEC提高制氢的能量效率。在这项研究中，研究团队演示了一种基于混合离子的导电电解质，让电解水在氢气电极和空气电极上都能发生。 现有的SOEC电解质只允许氢离子或者氧离子中的一种运输到其他电极。例如，SOEC电解质运输氧离子，电解水发生于阳极，从而产生出氢气；作为对比，SOEC电解质运输氢离子，水电解发生于阴极，从而生产出氧气。在这里，氢气从电解质传输到阳极。 理论上来说，采用氢离子和氧离子都可以运输的电解质，能够在电解槽的两端，生产出两种电解产品：氢气和氧气。这将极大提升氢气生产率。在这项研究中，研究团队致力于控制电解质的特性。 Kim 教授和他的研究团队报告了他们在开发基于混合离子导体的SOEC系统方面的新发现。这种混合离子导体可以同时传输氧离子和质子，所以被称为“Hybrid-SOEC”。 |
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