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2022-02-07 19:30:23
綠色氫不再昂貴？新型“陰離子交換膜”有望使電解過程無需貴金屬
2022-02-07 19:30:23 來源: 財(cái)聯(lián)社
財(cái)聯(lián)社（上海，編輯黃君芝）訊，眾所周知，電解是降低綠色氫成本的關(guān)鍵。近期，一個(gè)韓國團(tuán)隊(duì)表示，他們?cè)陉庪x子交換膜方面取得了巨大的突破，這種膜不僅比目前的質(zhì)子交換技術(shù)便宜很多，而且性能提高了20%左右。
電解是將水分解成氫和氧的過程。而如果這一過程能由可再生能源驅(qū)動(dòng)，它將成為生產(chǎn)綠色氫氣的一個(gè)關(guān)鍵步驟。綠色氫燃料將在零排放的競賽中發(fā)揮重要作用，它提供了高能量密度，使其在一些難以脫碳的活動(dòng)中成為一個(gè)有吸引力的選擇。
通常情況下，電解器使用質(zhì)子交換膜（PEMs），其中電解質(zhì)材料中的陽極和陰極被一層膜隔開，以允許帶正電的氫離子通過，因?yàn)樗鼈儽魂帢O所吸引。在這里，它們與電子結(jié)合形成氫氣，氫氣被收集，而氧氣則在陽極被釋放。
據(jù)了解，其中的成本問題來自于材料：PEMs所要求的酸性環(huán)境通常需要昂貴的金屬，如電極中的鉑、釕或銥，以及分離器板中的鈦。
因此，科學(xué)家們正在研究一種替代電解技術(shù)——陰離子交換膜（AEMs），其分離膜允許帶負(fù)電荷的OH-離子通過。它們被吸引到陽極上，在那里它們結(jié)合形成氧分子和水分子，而氫原子則被吸引到陰極上以氫氣的形式收集。
值得注意的是，AEMs可以在堿性條件下工作，因此它們不需要昂貴的貴金屬，所涉及的材料要便宜大約3000倍。作為一項(xiàng)相對(duì)年輕的技術(shù)，AEMs在氫電解方面還沒有取得商業(yè)成功，因?yàn)樗鼈兊男阅軟]有那么好，也沒有那么持久。
不過現(xiàn)在，韓國科學(xué)和技術(shù)研究所（KIST）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)表示，他們測試了一種新的膜和電極組件，其性能比以前的AEMs高出六倍，壽命至少高出10倍。更重要的是，它甚至比目前的PEM技術(shù)有20%的性能優(yōu)勢(shì)。
根據(jù)一份新聞稿，該研究小組通過增加結(jié)構(gòu)內(nèi)的比表面積，開發(fā)了基于聚（芴-共-芳基哌啶）（PFAP）的陰離子交換材料（電解質(zhì)膜和電極粘合劑），在堿性條件下具有高離子傳導(dǎo)性和耐用性，基于這項(xiàng)技術(shù)，開發(fā)了一種膜電極組件。
據(jù)稱，上述開發(fā)的材料代表了超過1000小時(shí)運(yùn)行的優(yōu)秀耐久性，并實(shí)現(xiàn)了7.68A/cm2的新電池性能記錄。這大約是現(xiàn)有陰離子交換材料性能的六倍，大約是昂貴的商業(yè)PEMWE技術(shù)（6A/cm2）的1.2倍。該研究成果已于近期發(fā)表在了《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。
不過，PEM電解器的使用壽命通常在5萬小時(shí)左右（5.7年）。因此，盡管KIST團(tuán)隊(duì)似乎已經(jīng)取得了相對(duì)于現(xiàn)有AEM電解器的百小時(shí)壽命的巨大進(jìn)步，但它還沒有證明與今天的PEM相比具有同等或更高的耐久性。而且，即使這種材料有能力，也需要在試驗(yàn)臺(tái)上再花五年左右的時(shí)間來證明它。這是一個(gè)艱難的障礙。
盡管如此，這種新的膜材料在這期間可能會(huì)找到其他用途。漢陽大學(xué)的Young Moo Lee教授說，“所開發(fā)的材料，不僅可以作為核心材料應(yīng)用于水電解，而且還可以應(yīng)用于氫燃料電池、碳捕獲利用和直接氨燃料電池，這些都是下一代的氫氣產(chǎn)業(yè)，具有很大的潛力。”
關(guān)鍵詞： 綠色氫
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