寧波材料所在直接電解海水制氫研究方面取得進展
隨著間歇性可再生能源發(fā)電量的不斷增長，未來高效、清潔和穩(wěn)定的電網(wǎng)需要可靠的儲能技術(shù)對不穩(wěn)定的可再生電網(wǎng)進行調(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，基于海水的電解技術(shù)也能避免占用稀缺的淡水資源。因此，大量科研人員試圖以海水為原料，直接電解海水制氫，通過合成和改進電極材料，獲得更低的電解電壓、更低的材料成本和更好的長期穩(wěn)定性?，F(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，對電極材料和膜材料的要求較高，高效、穩(wěn)定、廉價的海水電解技術(shù)仍有待開發(fā)。
近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬新能源所氫能實驗室（籌）燃料電池技術(shù)團隊基于前期開發(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。在200mA/cm-2的電流密度下進行了420h的長期恒流電解，長期實驗后電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成分和性能均未發(fā)生明顯變化，電解電壓亦遠低于室溫電解槽。
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，因而難以對電解槽造成破壞。由于高溫下更好的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，高溫電解過程的電壓（約1.30V）遠低于常溫電解槽（2.0V左右）。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)化效率亦可高達72.47%，具有良好的應(yīng)用前景。
該工作以“Efficiency and stability of hydrogen production from seawater using solid oxide electrolysis cells”為題發(fā)表在國際能源工程領(lǐng)域知名期刊Applied Energy上。上海大學(xué)課題生劉曌為本文第一作者，氫能實驗室（籌）官萬兵研究員和陳亮研究員為本文通訊作者。本工作得到國家自然科學(xué)基金（U20A20251）、中國科學(xué)院“0～1”創(chuàng)新項目（ZOBDS-LY-JSC021）、浙江省重點研發(fā)項目（2021C0101）、寧波科技創(chuàng)新2025重大專項（2019B10046、2020Z107）的支持。
圖1 長期恒流電解過程中的產(chǎn)氫量與電解電壓
圖2 不同電解條件下的電解效率
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