氫氣產(chǎn)量提高14倍，墨爾本理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)在綠氫制取新技術(shù)取得突破

2022-12-22 來源：財(cái)聯(lián)社、科創(chuàng)板日?qǐng)?bào)、全球請(qǐng)能瀏覽數(shù)：527

利用光伏發(fā)電、風(fēng)電和水電等可再生能源規(guī)模化電解水制氫是重要的“綠氫”生產(chǎn)路徑。綠氫的痛點(diǎn)是成本太高，雖然近年以來，可再生能源的電價(jià)不斷下降，天然氣和石油價(jià)格不斷上漲，導(dǎo)致綠氫跟灰氫和藍(lán)氫相比，成本越來越具有競(jìng)爭(zhēng)力，但總體來看，因?yàn)檫€沒形成規(guī)模化生產(chǎn)，加上電解槽、催化劑等設(shè)備的成本，綠氫的成本依然比較高。

因此，無論是產(chǎn)業(yè)界，還是學(xué)界，都在尋找突破技術(shù)，探尋新的催化劑，優(yōu)化電解槽設(shè)備，降低可再生能源價(jià)格，尋找合適的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)等，都是降低綠氫使用成本的方向。

近日，皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）的研究人員開發(fā)了一種由聲波推動(dòng)的全新電解技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了更便宜、更節(jié)能的綠色制氫。在這些高頻振動(dòng)的作用下，標(biāo)準(zhǔn)電解過程能產(chǎn)生14倍以上的氫。同時(shí)根據(jù)RMIT的最新研究，當(dāng)研究人員們播放10-MHz的聲波時(shí)，整個(gè)電解過程的效果會(huì)好得多。

該研究成果已于近期以“Acoustically-Induced Water Frustration for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction in Neutral Electrolytes”為題發(fā)表在了《Advanced Energy Materials》雜志上，并已提交澳大利亞臨時(shí)專利申請(qǐng)以保護(hù)新技術(shù)。

該項(xiàng)研究通過聲波可以提高制氫效率，原理如下：

首先，振動(dòng)水具有震動(dòng)離電極最近的水分子的效果，將這些水分子從它們通常“定居”的四面體網(wǎng)絡(luò)中搖出來，這可以讓更多的“自由”水分子與電極上的催化點(diǎn)接觸。

其次，由于不同的氣體以氣泡形式聚集在每個(gè)電極上，振動(dòng)會(huì)將氣泡震散。這加快了電解過程，因?yàn)檫@些氣泡阻礙了電極與水的接觸，限制了反應(yīng)速度。與此同時(shí)，震動(dòng)帶來的聲音還有助于產(chǎn)生氫離子（帶正電的水離子），以及產(chǎn)生有助于質(zhì)量轉(zhuǎn)移的對(duì)流。

SRBW電化學(xué)電池的示意圖

在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員選擇使用通常表現(xiàn)很差的電極。而電解過程往往使用稀有和昂貴的鉑或銥金屬以及強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的電解液，追求最佳的反應(yīng)速率，RMIT團(tuán)隊(duì)使用了更便宜的金電極和中性pH值的電解液。當(dāng)研究小組一打開聲音振動(dòng)，電流密度和反應(yīng)速率就會(huì)躍升14倍之多。