加州大學(xué)伯克利分校研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一項(xiàng)新型電解槽技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)改進(jìn)電極設(shè)計(jì)顯著延長(zhǎng)制氫設(shè)備使用壽命。這項(xiàng)電解槽技術(shù)創(chuàng)新有望降低清潔氫氣生產(chǎn)成本，推動(dòng)氫能在交通和能源存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用。低成本、耐用的電解槽(圖中)可利用風(fēng)能和太陽(yáng)能等可持續(xù)能源，將純水轉(zhuǎn)化為氫氣，為工業(yè)工廠(chǎng)和重型車(chē)輛提供燃料。
化學(xué)與生物分子工程教授香農(nóng)·博特徹帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注于陰離子交換膜水電解槽研究，該電解槽技術(shù)使用離子導(dǎo)電聚合物作為核心材料。博特徹表示："我們正在開(kāi)發(fā)利用間歇性電力制氫的電化學(xué)技術(shù)，如果這項(xiàng)電解槽技術(shù)取得成功，設(shè)備成本有望降低5到10倍。"
目前主流電解槽包括液態(tài)堿性電解槽和質(zhì)子交換膜電解槽兩類(lèi)。前者使用強(qiáng)堿性溶液作為電解質(zhì)，維護(hù)較為復(fù)雜;后者依賴(lài)昂貴金屬銥作為電極材料，且需要含氟化合物穩(wěn)定聚合物。新型電解槽技術(shù)結(jié)合了固體聚合物膜的優(yōu)勢(shì)與堿性電解質(zhì)的成本效益。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)電極降解主要發(fā)生在陽(yáng)極區(qū)域，正電荷會(huì)從聚合物分子中奪取電子，加速氫氧根離子對(duì)材料的侵蝕。博特徹解釋說(shuō)："電池失效的原因之一是這類(lèi)副反應(yīng)，材料中的電子與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備性能下降。"
為解決這一問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)在陽(yáng)極區(qū)域引入氧化鋯無(wú)機(jī)聚合物，形成保護(hù)層覆蓋敏感的有機(jī)聚合物。這種設(shè)計(jì)使電解槽技術(shù)降解率降低百倍，為商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。該研究成果已發(fā)表于《科學(xué)》期刊。
博特徹指出："氫氣的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)都面臨挑戰(zhàn)，但電解槽技術(shù)正在快速進(jìn)步。"隨著可再生能源成本持續(xù)下降，這項(xiàng)電解槽技術(shù)創(chuàng)新將促進(jìn)水電解制氫規(guī)模化發(fā)展，為重型運(yùn)輸和電網(wǎng)儲(chǔ)能提供清潔能源解決方案。
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