《斯坦福大学开发出从海水中制造氢气的新方法,有望大幅降低制氢成本》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-03-26
  • 据Phys网站3月18日消息,斯坦福大学科学家开发出一种通过电力从海水中制造氢气的新方法。由于海水中存在氯化物,电解时会腐蚀阳极,因此利用海水制造氢气的方案可行性较低。研究团队通过实验发现,在阳极上涂覆带有负电荷的涂层,能够极大程度上防止氯化物腐蚀阳极。研究团队在镍阳极上涂覆带负电荷的镍硫化物,并在其上涂覆镍铁氢氧化物。其中,镍铁氢氧化物可作为催化剂引发电解,将水分离为氢气和氧气,镍硫化物可作为带负电荷的涂层保护阳极。结果表明,普通阳极在海水中只能工作12小时,而有涂层的阳极可以工作超过1000小时。该发明与使用纯净水的设备兼容,无需重新设计制氢装置。研究人员表示,该发明可推进利用太阳能和风能制氢的步伐,有望大幅降低氢气制造成本。相关研究成果发表于《美国国家科学院院刊》。

相关报告
  • 《降低生产成本 斯坦福利用海水造氢燃料》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-06-28
    • 据外媒报道,斯坦福大学的研究人员提出一种利用海水制造氢燃料的新方法。现在,大多数氢是由甲烷裂解而成的,甲烷裂解会产生大量剩余的二氧化碳,而二氧化碳被认为是导致全球变暖的主要气体。数十年来,科学家一直致力于研究,如何通过电解,将水经济有效地转化为氢和氧。 对于分离水分子的电解槽来说,海水中的盐一直是个问题,高浓度的盐会腐蚀产生电解电流的金属电极。斯坦福大学的科学家们研发出一种新的催化剂,将碳酸盐和硫酸盐分子,整合到镍阳极上的铁镍涂层中。碳酸盐和硫酸盐分子具有很高的负电荷,由于相同电荷的分子相互排斥,可以防止盐中的氯离子穿透涂层,腐蚀电极。 据悉,该团队使用旧金山湾的海水成功测试了他们的原型系统。在实验过程中,即使将盐浓度提高到海水含盐量的三倍,带涂层的电解槽仍能运行40天以上。 现有水分解制氢的方法依赖于纯净的水,成本较高。现在世界许多地方,淡水供应已经受到限制。通过电解海水,为燃料电池制造氢,将有助于解决这一问题。虽然这一突破并没有解决氢动力汽车面临的所有挑战,比如建立可持续、价格合理的氢动力分销网络等。但是,如果利用可再生能源电解制氢成为可能,其余问题就有望得到解决。
  • 《新技术:利用海水制造氢燃料》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-04-16
    • 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到缓解。但是同样,氢能的制取也非常的困难。 日前,斯坦福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依赖于昂贵的高纯度水,无形中增加了生产成本。 斯坦福大学化学系教授Hongjie Dai说, “使用高纯度水来制备大量的氢能源是不切实际的, 我们在加州几乎没有足够的水来满足目前的需求。” 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,缩减系统的寿命。DAI的研究团队想要找到一种方法来阻止这些海水成分破坏位于水中的阳极。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蚀。 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。“但有了这一层,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统的电量。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,这种新方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,潜水员或潜水艇可以把设备带入海洋,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。”