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ChemCatChem:规模化电解水制氢:从实验室研究到工业应用2024-03-16
氢能具有能量密度高、绿色无污染、来源多样、储量丰富、应用广泛等优点,被认为是实现全球清洁能源转型发展的重要载体。在“双碳目标”及能源转型背景下,发展基于可再生能源转化的清洁电解水制氢技术是实现“碳中和”的关键。当前,已实现商业化的电解水制氢技术为碱性电解槽和聚合物电解槽。受析氢反应和析氧反应动力学限制,两种装置均需使用催化剂以加速电解反应的顺畅进行。尽管各种电催化剂已被用来降低电解过程能耗,但电解水制氢体系仍然面临许多挑战。一方面,在严酷的工业电解水条件下(电解液35 wt.% KOH,温度50-80℃, 电流≥1 A/cm2),受气泡黏附和电解液腐蚀的负面影响,电极材料在长周期工作中易出现活性物质脱落以及性能衰减。另一方面由于阳极析氧反应动力学缓慢,实际电解过程需要输入高于>1.7 V的电压才能获得显著的电流密度。此外,O2产物附加值低,析氧过程中产生的活性氧物种易降解质子交换膜,使O2/H2交叉,增加了潜在的安全问题。鉴于这些障碍,亟需对电解水催化剂及反应体系进行合理设计,以有效提高氢气生产效率的同时最大限度降低电解成本。

最近,昆明理工大学张启波教授课题组受邀对工业电解水制氢研究现状和未来发展方向进行了全面综述和分析总结。文中讨论了电解水制氢催化剂的评价标准和表征方式在实验室基础研究和实际工业应用中的差异,从制造成本角度提出了满足工业需求催化剂的设计开发与资源回收方案,特别是基于固体废弃物再生高性能电催化剂。同时,介绍了混合电解水体系在低能耗制氢方面的研究进展及其在实际应用中需注意的生态循环问题。

 

 

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