氫氣能量密度高、能量轉換效率優(yōu)異且沒(méi)有污染，是一種零排放的新能源，被認為是應對環(huán)境和能源問(wèn)題的理想燃料。制備氫氣最環(huán)保綠色的方法是用可再生電能來(lái)電解水制氫。隨著(zhù)可再生能源發(fā)電量的不斷增長(cháng)，電網(wǎng)需要可靠的儲能技術(shù)對不穩定的可再生電能并網(wǎng)進(jìn)行調節。電解水制氫可為能源系統的清潔和可持續發(fā)展提供一種很好的選擇。目前，淡水電解制氫的研究已較為成熟。但是，淡水電解制氫要占用大量的淡水資源。從節約淡水資源的角度出發(fā)，全球科研人員開(kāi)展了電解海水制氫的研究。電解海水制氫有兩種方式，第一種是先對海水淡化并除雜形成淡水后進(jìn)行電解，第二種是直接對海水進(jìn)行電解。第一種方法會(huì )增加海水淡化的成本。因此，研究人員對直接電解海水制氫比較關(guān)注。但是現有的海水電解技術(shù)由于電解槽各部件直接與成分復雜的海水接觸，對電極材料和膜材料的要求較高，高效、穩定、廉價(jià)的海水電解技術(shù)仍有待開(kāi)發(fā)。據中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所消息，近日，該所燃料電池技術(shù)團隊基于前期開(kāi)發(fā)多年的扁管型固體氧化物燃料電池，創(chuàng )新性地嘗試了在高溫下進(jìn)行海水電解制氫的研究。在未使用任何貴金屬催化劑的情況下，獲得了最高72.47%的能量轉化效率。長(cháng)期實(shí)驗后電池的內部結構、成分和性能均未發(fā)生明顯變化，電解電壓亦遠低于室溫電解槽。科研人員直接使用從寧波市近海取回的海水，采用鼓泡法，以氫氣為載氣攜帶海水揮發(fā)物，通入固體氧化物電解池在750℃下進(jìn)行電解。該方法由于先將海水加熱蒸發(fā)，海水中的絕大部分雜質(zhì)不與電解槽接觸，因而難以對電解槽造成破壞。由于高溫下更好的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，高溫電解過(guò)程的電壓遠低于常溫電解槽。即便將加熱蒸發(fā)海水及加熱升溫所有原料的熱量均考慮在內，且不考慮高溫尾氣的利用，該方法的能量轉化效率高達72.47%，具有良好的應用前景。該成果已發(fā)表在國際能源工程領(lǐng)域知名學(xué)術(shù)期刊《應用能源》Applied Energy上。
恒流電解過(guò)程中的產(chǎn)氫量與電解電壓
據了解，中科院寧波材料所新能源所的燃料電池技術(shù)團隊成立于2015年，團隊核心成員包括官萬(wàn)兵、王建新、楊鈞研究員。團隊與海內外知名院校、同行廣泛合作。近年來(lái)，團隊參與承擔了國家重點(diǎn)研發(fā)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目，主持了國家自然科學(xué)基金、寧波市重大專(zhuān)項以及企業(yè)委托等十余項重點(diǎn)任務(wù)。2019年12月，研發(fā)團隊聯(lián)合材料所、中科創(chuàng )星、東睦新材料等共同發(fā)起創(chuàng )立了氫邦科技，從事高溫燃料電池技術(shù)轉移轉化工作。
