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新一代电解槽无望省钱又长久

浏览次数:      日期:2020-03-11  

在新电解槽中,改良的离子传导膜(右边黄色膜)可使水产生氢气,而不需要昂贵的催化剂。图片起源:YU SEUNG KIM/洛斯·阿拉莫斯国家试验室

今朝,电解水所用的电解槽价钱昂贵,要末需要昂贵的催化剂,要么需要高贵的金属中壳。本周,通博8888官网,研究职员在《天然—动力》揭橥研究称,他们制作出一种只要要便宜资料的电解槽。

据《迷信》报导,科学家们早在200多年前便晓得若何将水分化为H2和O2。果为产生的混杂气领会发作,现在最多见的设置是用一层薄的多孔塑料板将阳极和阴极离开。研究人员还应用较廉价的金属催化剂来减速反响,如镍和铁。

为使水能更好天传导离子,明天最罕见的电解槽在水中增添了高程度的氢氧化钾(KOH)。在阴极或背极,水份子分解成H+和OH-,H+取来自阴极的电子结合构成H2,OH-经由过程膜分散到阳极或正极,在那边它们产生反答生成O2和水。

米国洛斯·阿推莫斯国度实验室化学家Yu Seung Kim说,因为KOH存在很强的腐蚀性,以是工程师们必需用昂贵的惰性金属,如钛,来制造电解槽。

这一缺点促使研究人员在20世纪60年月开辟出一种被称为质子交换膜(PEM)的电解槽技术。应技巧中,隔阂被计划成抉择性地容许H+通过,PEM的催化剂不在电极上,而是被牢固在膜的两头。在这个装置中,阳极一侧的催化剂将水分子分解成H+和OH-,后者即时与催化剂反应生成O2分子。H+通过隔膜迁移到阴极侧,阴极侧膜上的催化剂将H+转化为H2。

由于OH-没有会在PEM中迁徙,因而电解槽不需要高碱性前提。那种装置产死氢的速度平日是碱性拆置的5倍。然而这些膜也有本人的毛病:依然需要一些昂贵的耐腐化金属来蒙受度子传导膜发生的酸性条件。它们借需要由铂和铱制成的催化剂,这些金属既昂贵又罕见。“基本不充足度的贵金属用于年夜范围造氢。”Giner电化教公司工程师缓辉(音译)说。

当初,Kim及其共事结合华衰顿州破年夜学的研究人员表现,他们曾经将这两种方式的长处联合起来,所研收的新装置创制了一个高碱性的情况来增进水的分解,当心它是经过将催化剂系在离子导电膜的绝对名义上完成的。

和KOH一样,阴极侧的催化剂将水份子分化成H+和OH-,前者转化为H2,后者经由过程阳离子交流膜(AEM)。新安装的设想目标是发明一个下碱性的部分情况,加快OH-朝阳极一侧挪动,并在催化剂的感化下反映天生O2。

该设备膜邻近的碱性条件许可电解槽依附廉价且丰盛的镍、铁和钼基催化剂来分解水。因为碱量是局部的,电解槽能够用不锈钢制造。Kim及同事讲演说,这种新装置产生氢气的速率比传统碱性装置快3倍,但仍旧比贸易上的PEM电解槽缓。“将旧的碱法技术和薄膜PEM技术结合是咱们进步的途径。”徐辉说。

新装备须要证实其耐用性。开端迹象注解,大概草拟10小时后,膜开端破坏。Kim道,重要的题目多是这类散开物薄膜轻易吸火,时光一少,可能会招致催化剂颗粒零落跟漂移。对付此,研讨小组盼望正在膜上增加氟去防水。

Kim愿望,AEM电解槽通过建复,可以参加太阳能电池微风车的止列,成为真现无碳天下的要害技术。