西湖大学电解水制氢核心技术新突破

学术   2024-08-23 09:00   新加坡  


电解水制绿氢是“双碳”背景下实现能源转型的重要技术之一,主要包括三种低温工艺:碱性电解水制氢(AWE)、质子交换膜电解水制氢(PEM-WE)和阴离子交换膜电解水制氢(AEM-WE);其中AEM-WE集合了AWE和PEM-WE的优点,被认为是最有可能实现低成本、高效率制绿氢的工艺。然而至今AEM-WE未实现大规模工业化,主要原因之一是电极材料难以在大电流密度下(≥1000 mA cm-2)长期、稳定运行,尤其是涉及氧气析出反应(OER)的阳极侧催化剂材料。

2024年8月13日,西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心孙立成院士团队在Nature Catalysis期刊上发表了一篇题为“Seed-assisted Formation of NiFe Anode Catalysts for Anion Exchange Membrane Water Electrolysis at Industrial-Scale Current Density”的研究成果。

该成果报道了一种基于非均匀形核液相体系的催化剂制备工艺,即向溶液中人为引入不溶纳米颗粒,通过模拟自然界中的相转变过程,在常温、常压下实现OER催化剂的高效、温和制备。论文通讯作者是孙立成院士,第一作者是李志恒和林高鑫。

现有OER催化剂多种多样,考虑到成本因素和催化活性,研究者更多侧重层状双氢氧化物(LDH)型非贵金属催化剂的研发。然而时至今日,绝大多数OER催化剂却还在小电流密度(如10-100 mA cm-2)条件下反复验证,难以用于实际的工业催化。最大的限制因素之一就是在安培级电流密度下,OER催化剂很难稳定运行!因此需要开发适用于工业级大电流密度的OER催化剂。

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