氢是100%的清洁能源

中国的一个研究小组开发了一种将咸海水分解直接产生氢气的装置。该设备是一种基于膜的海水电解槽，有助于解决传统方法的副反应和腐蚀问题。

由中国南京工业大学化学工程教授邵宗平领导的团队在《自然》杂志上发表了他们的研究，这个模型“在实际应用条件下完美地运行了3，200多个小时。

为什么传统方法不可持续

今天生产的大多数氢气来自化石燃料来源，这会大大增加碳排放。使用电化学盐水电解是大规模生产绿色氢的一种非常理想和可持续的方法。但是，一个问题是：盐水的特性导致各种系统中使用的电极腐蚀，通常使它们无法生存。使用聚阴离子涂层来抵抗氯离子或高选择性电催化剂的腐蚀对于实际应用来说帮助不足。

海水淡化过程可以解决这个问题，但它需要额外的能源投入，使其在经济上不那么有吸引力。海水淡化过程中涉及的设备尺寸也使此类解决方案的灵活性降低。

提出的新方式

电解槽通常由两个涂有催化剂的电极组成，膜分离组成成分 - 氢和氧。在此过程中形成高腐蚀性氯气会导致催化剂和电极降解更快。海水中的镁和钙离子也会阻塞膜。这些因素会降低此类设备的整体效率和寿命。

邵宗平教授告诉IEEE Spectrum：“我们的策略以类似于淡水分解的方式实现了高效，尺寸灵活和可扩展的直接海水电解，而不会显著增加运营成本。”

该团队使用浓氢氧化钾电解质溶液浸渍电极，多孔膜有助于将电解质溶液与海水分离。富氟膜阻挡液态水，但让水蒸气通过。

在电解过程中，电解质溶液中的水被吐入其组成成分中。这导致电解质和海水之间的压力变化，导致后者蒸发。同时，水通过膜进入电解质并变回液态水，为下一个循环补充库存。

重要的是，这种配置和机制有望进一步应用于同步水基废水处理和资源回收以及一步制氢。

研究人员肯定，他们的设备在生产氢气的同时，也将能够从海水中回收锂。该设备的进一步应用扩展到清洁工业淡水等活动。

总结

以可再生能源为输入的电化学盐水电解是大规模生产绿色氢的一种非常理想和可持续的方法;然而，由于海水复杂成分引起的电极副反应和腐蚀问题，其实际可行性受到耐久性不足的严重挑战。尽管使用聚阴离子涂层抑制氯离子腐蚀或制造高选择性电催化剂的催化剂工程已被广泛使用，并取得了一定的成功，但对于实际应用来说，它仍然远远不能令人满意。

使用预海水淡化工艺进行间接海水分解可以避免副反应和腐蚀问题，但它需要额外的能量输入，使其在经济上不那么有吸引力。此外，独立笨重的海水淡化系统使海水电解系统在尺寸方面不太灵活。在这里，我们提出了一种直接海水电解制氢的方法，从根本上解决了副反应和腐蚀问题。演示系统在实际应用条件下以每平方厘米250毫安的电流密度稳定运行超过3，200小时，没有出现故障。该策略实现了高效、尺寸灵活、可扩展的海水直接电解，其方式类似于淡水分解，不会显著增加运营成本，具有很高的实际应用潜力。重要的是，这种配置和机制有望进一步应用于同时进行水基废水处理以及资源回收和氢气生产。