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氫氣能量密度高、能量轉(zhuǎn)換效率優(yōu)異且沒有污染，是一種零排放的新能源，被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)環(huán)境和能源問(wèn)題的理想燃料。制備氫氣最環(huán)保綠色的方法是用可再生電能來(lái)電解水制氫。隨著可再生能源發(fā)電量的不斷增長(zhǎng)，電網(wǎng)需要可靠的儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)不穩(wěn)定的可再生電能進(jìn)行調(diào)節(jié)。電解水制氫可為能源系統(tǒng)的清潔和可持續(xù)發(fā)展提供一種很好的選擇。
目前，淡水電解制氫的研究已較為成熟。但是，淡水電解制氫要占用大量的淡水資源。從節(jié)約淡水資源的角度出發(fā)，全球科研人員開展了電解海水制氫的研究。電解海水制氫有兩種方式，第一種是先對(duì)海水淡化并除雜形成淡水后進(jìn)行電解，第二種是直接對(duì)海水進(jìn)行電解。第一種方法會(huì)增加海水淡化的成本。因此，研究人員對(duì)直接電解海水制氫比較關(guān)注。但是現(xiàn)有的海水電解技術(shù)由于電解槽各部件直接與成分復(fù)雜的海水接觸，對(duì)電極材料和膜材料的要求較高，高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的海水電解技術(shù)仍有待開發(fā)。
圖1 恒流電解過(guò)程中的產(chǎn)氫量與電解電壓
據(jù)中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所消息，近日，該所燃料電池技術(shù)團(tuán)隊(duì)基于前期開發(fā)多年的扁管型固體氧化物燃料電池，創(chuàng)新性地嘗試了在高溫下進(jìn)行海水電解制氫的研究。在未使用任何貴金屬催化劑的情況下，獲得了最高72.47%的能量轉(zhuǎn)化效率。長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)后電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分和性能均未發(fā)生明顯變化，電解電壓亦遠(yuǎn)低于室溫電解槽。
圖2 不同電解條件下的電解效率
科研人員直接使用從寧波市近海取回的海水，采用鼓泡法，以氫氣為載氣攜帶海水揮發(fā)物，通入固體氧化物電解池在750℃下進(jìn)行電解。該方法由于先將海水加熱蒸發(fā)，海水中的絕大部分雜質(zhì)不與電解槽接觸，因而難以對(duì)電解槽造成破壞。
由于高溫下更好的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，高溫電解過(guò)程的電壓遠(yuǎn)低于常溫電解槽。即便將加熱蒸發(fā)海水及加熱升溫所有原料的熱量均考慮在內(nèi)，且不考慮高溫尾氣的利用，該方法的能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)72.47%，具有良好的應(yīng)用前景。該成果已發(fā)表在國(guó)際能源工程領(lǐng)域知名學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用能源》Applied Energy上。
