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華能清能院氫能研究團隊在《國際氫能期刊》發(fā)表研究論文
作者:官方 來源:華能清潔能源研究院 所屬欄目:團隊報道 發(fā)布時間:2023-08-14 16:00
[ 導讀 ]近日,華能清能院氫能研究團隊在《國際氫能期刊》 上發(fā)表了“工業(yè)級堿性電解水制氫用超親水鎳鐵析氧電極”相關研究成果。提升電解...

近日,華能清能院氫能研究團隊在《國際氫能期刊》 (International Journal of Hydrogen Energy)上發(fā)表了“工業(yè)級堿性電解水制氫用超親水鎳鐵析氧電極”相關研究成果。提升電解水制氫電極催化劑活性,降低制氫電耗和成本,是大規(guī)模推廣可再生能源制備綠氫的關鍵。NiFe基材料由于具有較高電解水析氧(OER)本征活性并且成本較低,廣受學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關注,但受限于材料穩(wěn)定性差、微觀形貌控制難度高、制備工藝復雜難于量產(chǎn)等難題,高性能NiFe基電極尚未實現(xiàn)工業(yè)級應用。且以往研究多停留在實驗室常溫常壓環(huán)境下的靜態(tài)測試,與工業(yè)電解槽苛刻的運行環(huán)境(高溫、高壓、大電流、濃堿液循環(huán)等)存在巨大差距,難以全面評估電極性能和應用潛力。

在華能集團重點科技項目及清能院青年發(fā)展基金的支持下,清能院研發(fā)團隊研發(fā)了一種具有超親水特征的NiFe合金納米錐陣列(NA)電極,利用低成本的原料和簡便的制備工藝,可實現(xiàn)大尺寸工業(yè)級電極的制備。NiFe NA電極顯示出優(yōu)異催化活性,其析氧過電勢較純鎳電極低400 mV,且在高濃度KOH溶液中大電流密度下呈現(xiàn)出優(yōu)異穩(wěn)定性。采用NiFe NA作為陽極與自研的陰極裝配成電解池,在工業(yè)工況下,制氫直流電耗僅為4.0 kWh·Nm-3·H2,且能在5000 A·m-2高電流密度下實現(xiàn)穩(wěn)定運行,達到行業(yè)領先水平。

華能清能院下一步將重點布局高活性、低成本、高穩(wěn)定性堿性電解水電極的研發(fā),并在1000Nm3/h以上電解槽的大尺寸電極制備中轉(zhuǎn)化應用,持續(xù)推進科技創(chuàng)新引領新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)降本增效的進程。

圖 (a)電極制備與電解池裝配(內(nèi)嵌圖片為NiFe合金納米錐陣列微觀形貌),(b)堿性電解水制氫試驗系統(tǒng),(c)NiFe NA電極與泡沫鎳負載IrO2電極、泡沫鎳電極析氧極化曲線,電解池在工業(yè)工況下的 (d)極化曲線(無iR)和(e)計時電位曲線(500 mA·cm-2,無iR)。

論文第一作者:新能源材料技術(shù)部劉鵬博士

通訊作者:氫能技術(shù)部任志博博士、新能源材料技術(shù)部劉鵬博士

文獻信息:

Peng Liu*, Jinyi Wang, Xiaolong Wang, Liping Liu, Xupeng Yan, Huanjun Wang, Qichen Lu, Fan Wang, Zhibo Ren*, A superhydrophilic NiFe electrode for industrial alkaline water electrolysis, International Journal of Hydrogen Energy, 2023.

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