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从海水中制造氢燃料

2019-04-15 中国科学报 刘建文
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  日前,?#22266;?#31119;大学的研究人员设计出一种通过利用来自旧金山湾的太阳能、电极和盐水来生产氢燃料的新技术。该研究成果已于近日刊发在《美国国家科学院院刊》上。它实现了通过电力从海水中分离氢气和氧气,而现有的水分解方法?#35272;?#20110;昂贵的高纯度水,无形中增加了生产成本。

  “使用高纯度水来制备大量的氢能源是不切实际的,”?#22266;?#31119;大学化学系教授Hongjie Dai说,“我们在加州几乎没有足够的水来满足目前的需求。”

  而氢是一种很有吸引力的燃料,因为它不排放二氧化碳。燃烧氢只产生水,或许能让日益恶化的气候变化问题得?#20132;航狻?/p>

  理论上,电解是用电将水分解成氢和氧,这是一个简单而古老的方法,连接电源并将两个电极放在水中。当电源打开时,氢气从阴极中析出,可呼吸的氧气从阳极中冒出。但海水盐中的氯离子会腐蚀正极,缩减系?#36710;?#23551;命。DAI的研究团队想要?#19994;?#19968;?#22336;?#27861;来阻止这些海水成?#21046;?#22351;位于水中的阳极。研究人员发现,如果他们在阳极上包含负电荷的涂层,电极表面层就会排斥氯离子,从而减缓底层金属的腐?#30784;?/p>

  他们将氢氧化镍层置于硫化镍之上,硫化镍覆盖着泡沫镍芯。泡沫镍起导体的作用,从电源输送电力,氢氧化镍会产生火花,将水分解成氧和氢。在电解过程中,硫化镍演变成一层负电荷保护阳极。就像两块磁铁的负极互相推挤一样,带负电荷的层会排斥氯离子,阻止氯离子到达铁芯。

  该论文的共同第一作者Michael Kenney说,如果没有带负电荷的涂层,阳极在海水中只能工作大约12小时。?#26263;?#26377;了这一层,它可以运行一千多个小时。

  之前的研究试图将海水分解成氢燃料,但由于腐蚀一般发生在较高的电流下,所以工作电流应很小。但DAI的团队能够通过他们的多层设备传导高达10倍的电流,从而可以大幅提高从海水中生产氢气的速度。

  研究小组成员在受控的实验室条件下进行了大部分测试,他们可以控制进入系?#36710;?#30005;量。另外,他们还设计了一台太阳能模型设备,利用该设备从旧金山湾收集的海水中产生氢气和氧气。而且没有盐腐蚀的风险,该设备与目前使用高纯度水制备氢气的技术相媲美。Kenney说:“这项研究令人印象深刻的一点是,我们能够在与当今工业界使用的电流相同的条件下工作。”

  DAI表示,这?#20013;?#26041;法将为提高太阳能或风能驱动的氢燃料的可用性打开大门。在未来,这项技术可以用于发电以外的用途。由于这一过程也产生可呼吸的氧气,潜水?#34987;?#28508;水艇可?#22253;?#35774;备带入海洋,在不需要浮出水面呼吸空气的情况下,在水下产生氧气。

  谈到技术转让,DAI说:“人们可以在现有的电解槽系统中使用这些原理,这可能非常快,不需要花费太多的时间就能做成。”“这不是从零开始——更像是从80%或90%开始。”

打印 责任编辑:侯茜
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