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深大科研團(tuán)隊(duì)發(fā)文,破解海水電解制氫難題

2022-12-02 05:55:29來源:瀟湘晨報(bào)

廣州日?qǐng)?bào)訊(全媒體記者王納)近期關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新消息頻繁見諸報(bào)端,前日,謝和平院士與他指導(dǎo)的深圳大學(xué)/四川大學(xué)博士團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑,在


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廣州日?qǐng)?bào)訊 (全媒體記者王納)近期關(guān)于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新消息頻繁見諸報(bào)端,前日,謝和平院士與他指導(dǎo)的深圳大學(xué)/四川大學(xué)博士團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑,在海水里直接原位電解制氫。該項(xiàng)研究成果已于11月30日在《Nature》上發(fā)布。 氫能作為新一代清潔能源,電解水制備氫是一種綠色且高效的方法,但使用淡水資源作為電解液,無疑加劇了淡水資源短缺問題。海水直接電解制氫,業(yè)界公認(rèn)是最理想的制氫方案,不過這種方法被提出半個(gè)世紀(jì)以來,其技術(shù)上一直缺乏革命性的突破,無法進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用。 綠色零碳?xì)淠苁俏磥砟茉窗l(fā)展的重要方向。隨著氫能爆發(fā)式增長,預(yù)計(jì)到2060年,我國氫氣年需求量將達(dá)1.3億噸,屆時(shí)每年需要消耗約11.7億噸電解用純水。然而,淡水資源緊缺將嚴(yán)重制約“綠氫”技術(shù)的發(fā)展。海洋是地球上最大的氫礦,向大海要水是未來氫能發(fā)展的重要方向。但復(fù)雜的海水成分(約92種化學(xué)元素)導(dǎo)致海水制氫面臨諸多難題與挑戰(zhàn)。 先淡化后制氫是當(dāng)前最成熟的海水制氫技術(shù)路徑,目前已在全球多國開展規(guī)?;痉豆こ添?xiàng)目。但該類技術(shù)嚴(yán)重依賴大規(guī)模淡化設(shè)備,工藝流程復(fù)雜且占用大量土地資源,進(jìn)一步推高了制氫成本與工程建設(shè)難度。 上世紀(jì)70年代初有科學(xué)家提出,海水可否直接電解制氫呢?半個(gè)世紀(jì)以來,美國斯坦福大學(xué)、法國國家科學(xué)研究中心、澳大利亞阿德萊德大學(xué)、中國科學(xué)院等國內(nèi)外知名研究團(tuán)隊(duì)通過催化劑工程、膜材料科學(xué)等手段進(jìn)行了大量探索研究,旨在破解海水直接電解制氫面臨的析氯副反應(yīng)、鈣鎂沉淀、催化劑失活等難題。然而一直未有突破性的理論與原理徹底避免海水復(fù)雜組分對(duì)電解制氫的影響,可規(guī)模化的高效穩(wěn)定海水直接電解制氫原理與技術(shù)仍是世界空白。 謝和平院士團(tuán)隊(duì)首次從物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的全新思路,建立了相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水無淡化原位直接電解制氫全新原理與技術(shù),另辟蹊徑,徹底隔絕海水離子同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無淡化過程、無副反應(yīng)、無額外能耗的高效海水原位直接電解制氫技術(shù)突破。簡(jiǎn)而言之,即把海水當(dāng)純凈水用,在海水里直接原位電解制氫。 《Nature》評(píng)審專家評(píng)述該成果:“很少有論文能夠令人信服地從海水中實(shí)現(xiàn)規(guī)?;€(wěn)定制氫,但該論文的工作恰恰做到了這一點(diǎn)。他們完美地解決了有害腐蝕性這一長期困擾海水制氫領(lǐng)域的問題,將打開低成本燃料生產(chǎn)的大門,有望推動(dòng)變革走向更可持續(xù)的世界!” 該成果通過將分子擴(kuò)散、界面相平衡等物理力學(xué)過程與電化學(xué)反應(yīng)巧妙結(jié)合,建立了相變遷移驅(qū)動(dòng)的海水直接電解制氫理論模型,揭示了微米級(jí)氣隙通路下界面壓力差對(duì)海水自發(fā)相變傳質(zhì)的影響機(jī)制,形成了電化學(xué)反應(yīng)協(xié)同海水遷移的動(dòng)態(tài)自調(diào)節(jié)穩(wěn)定電解制氫方法,破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領(lǐng)域的半世紀(jì)難題。 謝和平院士團(tuán)隊(duì)研制了全球首套400L/h海水原位直接電解制氫技術(shù)與裝備,在深圳灣海水中連續(xù)運(yùn)行超3200小時(shí),令人信服地從海水中實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定和規(guī)?;茪溥^程。此外,該研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步開發(fā)了酸性和堿性固態(tài)凝膠電解質(zhì),以表明相變遷移策略適配不同電解質(zhì)材料,并有望伴隨PEM和AEM電解技術(shù)迭代發(fā)展。據(jù)悉,該原理技術(shù)可探索推廣到多元化水資源(如河水、廢水、鹽湖等)直接原位制氫,為資源富集濃縮與能源生產(chǎn)提供多效利用新思路。

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關(guān)鍵詞: 直接電解 淡水資源 廣州日?qǐng)?bào) 物理力學(xué) 電化學(xué)反應(yīng)

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