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新型海上光伏制氫設(shè)備,舍棄電極分離膜降成本

   2017-12-22 科技新報
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核心提示:哥倫比亞大學團隊最近研發(fā)出一種新型光伏電解海水設(shè)備,利用陽光能量不斷將海水電解成高純度的氫氣和氧氣。和其他電解設(shè)備不同的

哥倫比亞大學團隊最近研發(fā)出一種新型光伏電解海水設(shè)備,利用陽光能量不斷將海水電解成高純度的氫氣和氧氣。和其他電解設(shè)備不同的是,新設(shè)備不使用隔離膜來分離產(chǎn)生氫氣和氧氣的電極,而是改用特殊電極結(jié)構(gòu),直接借由水的浮力收集氫氣氣泡。

氫是未來有機會替代石化燃料的清潔能源之一,燃燒時只會產(chǎn)生水,但目前一大問題在于氫氣是透過蒸汽甲烷法(steam-methane process)從石化燃料中產(chǎn)生,過程一樣會產(chǎn)生二氧化碳,許多科學家因而將目光集中在水電解法:將水分離成氫氣和氧氣,不會產(chǎn)生二氧化碳。

哥倫比亞大學化學工程助理教授丹尼爾·埃斯波西托(Daniel Esposito)是研究水電解法的科學家之一,現(xiàn)在他和團隊研發(fā)出一種浮動式太陽光伏燃料電解槽,雖然還只是實驗室原型,但最終產(chǎn)品會發(fā)展成漂浮在海上的復合體。

目前,最先進的商業(yè)電解槽多使用昂貴的膜或隔離器來分離設(shè)備中產(chǎn)生氫氣和氧氣的電極,但這些膜只適合高純度的水源環(huán)境,于海水中卻容易被雜質(zhì)和微生物降解破壞。

埃斯波西托的新設(shè)備決定舍棄膜,改以一種新穎的電極結(jié)構(gòu)取而代之:僅在外側(cè)涂覆催化劑的網(wǎng)狀電極。這些不對稱電極可促進氫氣和氧氣僅在涂有催化劑的表面產(chǎn)生,當氣體氣泡變得足夠大時會從電極表面分離,氧氣就讓它自然流失掉,而氫氣會一路向上漂到架空的收集室儲存。

 

不對稱網(wǎng)狀電極示意圖,氧氣和氫氣在不同側(cè)生成,氫氣會上升到特定氣體采集室儲存。(Source:哥倫比亞大學)

基于這種浮力誘導分離概念,簡單的電解槽結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生純度高達 99% 的氫氣(氧氣含量只有 1%),如果是對稱電極,氧氣含量至少高出 7 倍。

埃斯波西托說,與目前包含隔膜的設(shè)備相比,無膜電解設(shè)備具有低成本、高耐用性的潛力,可以真正利用豐富的太陽能來大規(guī)模轉(zhuǎn)化能源燃料,而設(shè)備在實驗期間的太陽能轉(zhuǎn)換效率為 5.7%。這篇研究已發(fā)布在《氫能國際期刊》。

不過外界更注意的主要還是電力傳輸問題,要從很遠的海上傳輸電力回到陸地,經(jīng)濟上仍不可行。



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