Nano Res.│安徽工业大学楚化强教授的研究团队:探究碱性电解水制氢过程中传热与气泡传质的影响及优化方案

文摘   2024-11-19 11:30   山西  
这篇综述强调了碱性电解水制氢过程中传热和气泡传质对产氢效率的关键影响。为了提高传热性能,研究集中在降低电阻控制电解系统温度上。它提出了创新策略,如使用金属基复合材料和催化剂来优化电极结构,精确调控温度和压力,以及提高电解质浓度。
此外,研究还探讨了气泡传质的动态过程,并提出了减少气泡覆盖的有效策略,包括使用亲水电极、机械循环电解质以及通过压力摆动来平滑电压。这项研究通过实际策略为氢能技术的进步做出了贡献。通过调整电解系统以优化这些因素的综合效应,我们可以提高产氢的效率、经济性和环境友好性。这将有助于全球能源结构的转型和可持续发展战略的实施。
【研究方法】
系统全面综述评价了传热和气泡传质对碱性电解水制氢效果的影响。
1.电化学反应中的热效应
①温度影响:虽然文献未直接讨论碱性电解水制氢中的热效应,但一般而言,温度的升高能够增加反应物分子的动能,从而加速电化学反应速率,提高电解效率。然而,过高的温度也可能导致电解液的蒸发和电极材料的退化。
  • ②能量效率:在电化学过程中,热量的有效管理对于提高能量效率至关重要。文献中提到的SACs因其高原子效率和催化性能,有助于减少能量损失,从而间接影响系统的热效率。
  1. 2.传质效率与气泡影响:
  2. ①气泡传质:在电解水过程中,产生的氢气或氧气气泡会影响电解液的传质效率。气泡的形成、脱离和上升会扰乱电解液的流动,减少电极与电解液之间的接触面积,从而降低反应速率。
    • ②优化策略:文献中虽然未直接讨论气泡传质的优化策略,但SACs的使用可以通过提高催化活性位点的数量和效率,来间接减轻气泡传质对电解效率的影响。此外,电极的设计(如多孔结构)和电解液的流动方式也是优化传质效率的关键因素。
    • 【图文导读】
  1. ▲可编程高精度膜电极喷涂机内饰图展示
  2. 【成果展示】
  3. 在碱性电解水制氢的过程中,热传递效率与气泡动力学对提升产氢效率具有至关重要的作用。本综述率先从传热机制气泡传质效应这两个维度,对碱性电解水制氢的性能进行了系统的梳理与评估。
  4. 研究揭示,通过优化电极设计、精确调控温度和压力、提升电解液浓度,以及实施有效的气泡管理策略,可以显著提升电解效率。然而,碱性电解水制氢技术仍面临电极材料降解、催化剂失活、能耗较高及操作复杂性等挑战。为克服这些难题,需深入研发新型电极材料与催化剂,并开展系统工程优化研究。
  5. 此外,还需重视环境影响,包括废液的有效处理与资源的循环利用,以及该工艺对环境的优化影响。在这些关键领域实现创新,将推动碱性电解水技术迈向更高效、更经济、更环保的发展阶段,为全球能源结构的转型与可持续发展战略的实施作出重要贡献。
    • 【SACs在电化学领域的应用】
        • 高性能催化:SACs因其独特的结构和催化性能,在氧还原反应中表现出优异的催化活性、稳定性和选择性。这种高性能催化特性同样适用于电解水制氢等电化学过程。
          • 载体作用:文献中强调了载体对SACs性能的影响。载体的结构、比表面积、导电性和稳定性等因素,都会直接影响SACs的分散度、催化活性和稳定性。因此,在电解水制氢过程中,选择合适的载体对于提高催化效率和能量密度至关重要。
      • 未来前景:SACs在电化学领域的应用前景广阔。随着合成方法的不断改进和性能的不断优化,SACs有望成为电解水制氢等电化学过程中的核心催化材料。

综上,虽然这份文章主要聚焦于SACs在氧还原反应中的应用,但其中提到的电化学原理、催化性能优化和载体作用等内容,对于理解热和传质效率对碱性电解水制氢效率的影响具有一定的参考价值。SACs因其高性能催化特性和载体优化潜力,为电解水制氢等电化学过程提供了新的研究方向和可能性。


本文由氢能科研助手提供.
原文链接:

https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-024-6922-9

▲可编程高精度膜电极喷涂机

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