作为一种潜在的清洁能源,氢有望成为化石燃料的替代品,近年来引起了人们的极大关注。研究人员一直积极研究和开发水电解技术,以从水中提取氢气,生产绿色能源,并避免排放温室气体。
质子交换膜水电解槽(PEMWE)技术,采用昂贵的贵金属基催化剂和全氟碳基质子交换膜,是目前少数先进国家采用的核心材料技术。这类系统的制造成本较高。为了解决传统技术的局限性,韩国一研究团队最近开发出可用于新一代水电解系统的核心技术,不仅提高了耐久性和性能,而且大大降低绿色氢能源的生产成本。
据外媒报道,韩国科学技术研究所(KIST)宣布,其氢燃料电池研究中心(Center for Hydrogen and Fuel Cell Research)的So Young Lee博士和汉阳大学(Hanyang University)能源工程系的Young Moo Lee教授等人展开联合研究项目,开发了一种用于阴离子交换膜水电解槽(AEMWE)的膜电极组件(MEA),预计将取代昂贵的现有PEMWE技术。
AEMWE采用阴离子交换膜和电极粘合剂,不依赖昂贵的铂族金属电极,用铁代替钛取代水电解槽中的隔板材料。仅比较催化剂和隔板材料的价格,制造成本就比现有PEMWE降低了约3000倍。然而,与PEMWE相比,其性能较低,而且持续运行时间不到100h,因此还没有实现商业化。
该研究团队通过增加结构内的比表面积,开发出在碱性条件下具有高离子电导率和耐久性的聚芴基-羰基-芳基哌啶(PFAP)基阴离子交换材料(电解质膜和电极粘合剂),并在此基础上开发了一种膜电极组件。所开发的材料表现出超过1000h的优异耐久性,并实现了7.68A/cm2的新性能纪录。这大约是现有阴离子交换材料性能的6倍,是昂贵的商业PEMWE技术(6A/cm2)的1.2倍。
该技术克服了目前AEMWE技术中存在的核心材料性能和耐久性问题,并将技术质量提高到可以替代PEMWE技术的水平。除了卓越的性能和耐久性,随着大容量和大面积应用的发展,所开发的阴离子交换膜材料将逐步实现商业化。
研究人员表示,该团队开发了一种材料和高效技术,突破现有水电解技术的局限性。预计该技术将为引入下一代水电解技术奠定基础,明显降低绿色制氢成本。所开发的材料作为核心材料,具有很高的应用潜力,不仅可用于电解水,还可以用于新一代氢产业中的氢燃料电池、碳捕捉利用和直接氨燃料电池。
