“綠色制氫”再上一級(jí)臺(tái)階：新電解槽效率高達(dá)98%

研究結(jié)果2022年3月16日發(fā)表在《自然通訊》上，報(bào)告了研究小組的毛細(xì)管供料電解槽，該電解池以98%的細(xì)胞能量效率從水中生產(chǎn)出綠色氫氣。

目前生產(chǎn)氫氣的主要瓶頸：由于電解液中的氣泡是不導(dǎo)電的，它們可以粘在電極上，掩蓋它們與它們需要接觸的液體的接觸，這降低了轉(zhuǎn)換效率。早期的電解器的兩個(gè)電極都淹沒在電解液中，這樣就會(huì)在它們周圍形成氣泡。在70年代，零間隙電解使陽極和陰極直接與分離膜接觸，通過只允許氣泡在每個(gè)電極的一側(cè)形成而提高了效率。而最近，聚合物電解質(zhì)膜技術(shù)允許陰極一側(cè)在沒有電解質(zhì)的情況下運(yùn)行，通過生產(chǎn)氫氣而不通過液體冒泡，再次提高了效率。

而毛細(xì)管供料電解槽繼續(xù)推進(jìn)了技術(shù)進(jìn)步。電解池底部的儲(chǔ)液器使電解液不與陽極和陰極接觸，直到它通過一個(gè)多孔、親水的電極間分離器利用毛細(xì)作用被吸上來。因此，電解液與電極直接接觸，且只在一側(cè)直接產(chǎn)生氫氣和氧氣，中間沒有任何氣泡的阻礙。

由于沒有水被吸引到釋放氣體的電極一側(cè)，阻力進(jìn)一步減少，因此兩者不會(huì)互相妨礙，而且當(dāng)水從分離器中被電解出來時(shí)，毛細(xì)作用會(huì)吸取更多的水來替代它。

該電解槽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)便于制造、擴(kuò)展和安裝，提供了95%的整體系統(tǒng)效率，相當(dāng)于41.5千瓦時(shí)/千克，而現(xiàn)有電解槽技術(shù)的效率為75%或更低。對(duì)于氫氣生產(chǎn)商來說，這將大大降低生產(chǎn)綠色氫氣的成本和運(yùn)營成本。

澳大利亞IP集團(tuán)物理科學(xué)主管和Hysata首席執(zhí)行官Paul Barrett解釋說，這些新發(fā)現(xiàn)為世界上最高效的電解槽的商業(yè)化提供了途徑。該技術(shù)將使氫氣生產(chǎn)在2020年代中期低于每公斤1.50美元，比預(yù)期更早地達(dá)到澳大利亞和全球目標(biāo)。

該研究論文題為"A high-performance capillary-fed electrolysis cell promises more cost-competitive renewable hydrogen"，已發(fā)表在《自然·通訊》期刊上。

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論文原文：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28953-x