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作為一種潛在的清潔能源,氫有望成為化石燃料的替代品,近年來引起了人們的極大關(guān)注。研究人員一直積極研究和開發(fā)水電解技術(shù),以從水中提取氫氣,生產(chǎn)綠色能源,并避免排放溫室氣體。

質(zhì)子交換膜水電解槽(PEMWE)技術(shù),采用昂貴的貴金屬基催化劑和全氟碳基質(zhì)子交換膜,是目前少數(shù)先進(jìn)國家采用的核心材料技術(shù)。這類系統(tǒng)的制造成本較高。為了解決傳統(tǒng)技術(shù)的局限性,韓國一研究團隊最近開發(fā)出可用于新一代水電解系統(tǒng)的核心技術(shù),不僅提高了耐久性和性能,而且大大降低綠色氫能源的生產(chǎn)成本。

據(jù)外媒報道,韓國科學(xué)技術(shù)研究所(KIST)宣布,其氫燃料電池研究中心(Center for Hydrogen and Fuel Cell Research)的So Young Lee博士和漢陽大學(xué)(Hanyang University)能源工程系的Young Moo Lee教授等人展開聯(lián)合研究項目,開發(fā)了一種用于陰離子交換膜水電解槽(AEMWE)的膜電極組件(MEA),預(yù)計將取代昂貴的現(xiàn)有PEMWE技術(shù)。

AEMWE采用陰離子交換膜和電極粘合劑,不依賴昂貴的鉑族金屬電極,用鐵代替鈦取代水電解槽中的隔板材料。僅比較催化劑和隔板材料的價格,制造成本就比現(xiàn)有PEMWE降低了約3000倍。然而,與PEMWE相比,其性能較低,而且持續(xù)運行時間不到100h,因此還沒有實現(xiàn)商業(yè)化。

該研究團隊通過增加結(jié)構(gòu)內(nèi)的比表面積,開發(fā)出在堿性條件下具有高離子電導(dǎo)率和耐久性的聚芴基-羰基-芳基哌啶(PFAP)基陰離子交換材料(電解質(zhì)膜和電極粘合劑),并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一種膜電極組件。所開發(fā)的材料表現(xiàn)出超過1000h的優(yōu)異耐久性,并實現(xiàn)了7.68A/cm2的新性能紀(jì)錄。這大約是現(xiàn)有陰離子交換材料性能的6倍,是昂貴的商業(yè)PEMWE技術(shù)(6A/cm2)的1.2倍。

該技術(shù)克服了目前AEMWE技術(shù)中存在的核心材料性能和耐久性問題,并將技術(shù)質(zhì)量提高到可以替代PEMWE技術(shù)的水平。除了卓越的性能和耐久性,隨著大容量和大面積應(yīng)用的發(fā)展,所開發(fā)的陰離子交換膜材料將逐步實現(xiàn)商業(yè)化。

研究人員表示,該團隊開發(fā)了一種材料和高效技術(shù),突破現(xiàn)有水電解技術(shù)的局限性。預(yù)計該技術(shù)將為引入下一代水電解技術(shù)奠定基礎(chǔ),明顯降低綠色制氫成本。所開發(fā)的材料作為核心材料,具有很高的應(yīng)用潛力,不僅可用于電解水,還可以用于新一代氫產(chǎn)業(yè)中的氫燃料電池、碳捕捉利用和直接氨燃料電池。

原標(biāo)題： 韓國研究人員開發(fā)水電解綠色制氫技術(shù)