《耐腐蚀新方法解决海水制氢难题》

  • 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:2019-03-20
  • 美国研究人员在最新一期美国《国家科学院院刊》上撰文指出,他们设计了一种利用太阳能、电极和海水制造氢燃料的新方法,新模型可工作1000小时以上,有望应用于多个领域。

    该研究主要作者、斯坦福大学化学教授戴宏杰(音译)说,氢是一种极富吸引力的燃料,氢燃烧只生成水,不释放二氧化碳,因此有望缓解日益恶化的气候变化问题。

    现有水解制氢方法依赖高度纯净的水,因为海水中带负电荷的氯化物会腐蚀阳极,缩短设备的使用寿命。而高纯水是一种宝贵的资源,且生产成本高。

    戴宏杰团队研究发现,如果在阳极涂上富含负电荷的涂层,涂层会排斥氯化物并减缓下层金属的腐蚀速度。

    在新方法中,他们将镍—铁氢氧化物层叠在硫化镍上,硫化镍包裹有镍泡沫芯。镍泡沫充当导体,输送电流;而镍—铁氢氧化物引发电解,将水分离成氧气和氢气。在电解过程中,硫化镍演化成带负电的涂层,而这一层会排斥氯化物,防止其与核心金属接触,减慢腐蚀速度。

    该论文共同作者米歇尔·肯尼表示,如果没有带负电的涂层,阳极只能在海水中工作约12小时;但在涂层保护下,它可工作1000小时以上。

    此外,以前分解海水制造氢燃料必须在低电流下运行,因为在电流较高时,会发生腐蚀现象,但新模型能在10倍电力下运行,这有助于它更快速地从海水中产生氢气。

    团队成员还设计出了一台太阳能演示器,由于没有被盐腐蚀的风险,新装置分解海水制氢可与现有纯水制氢技术相媲美。

    戴宏杰表示,新方法将为氢燃料的广泛使用打开方便之门。而且,由于该过程还产生氧气,潜水员或潜艇可将该装置带入海下制造氧气。

    总编辑圈点

    我们熟悉的水分解制取氢氧工艺,都用纯水,没听说用海水的。学过化学的都知道,金属泡在海水里,都没有好下场。新工艺的发明,打开了我们的思路。将来不仅海边用它制氢,盐碱地和罗布泊都可能受益。火星上有高浓度的卤水,也更容易被人类所用了。

  • 原文来源:http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2019-03/20/content_756225.shtml
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    • 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》。
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    • 编译者:冯瑞华
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    • 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。”