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新技术可在海水里原位直接电解制氢

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11月30日,中国工程院院士谢和平与他指导的深圳大学、四川大学博士生团队在《自然》发表论文,以物理力学与电化学相结合的全新思路,建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术。该技术彻底隔绝了海水离子,实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢,即可在海水里原位直接电解制氢。

由于淡水资源紧缺,向大海要水是未来氢能发展的重要方向。但复杂的海水成分(约92种化学元素)导致海水制氢面临诸多难题与挑战,先淡化后制氢工艺流程复杂且成本高昂。上世纪70年代初有科学家提出海水直接电解制氢的思路,但半个世纪以来未产生突破性的理论与原理,无法彻底避免海水复杂组分对电解制氢的影响。

谢和平团队提出以物理力学与电化学相结合的思路解决海水直接电解制氢面临的难题与挑战,通过将分子扩散、界面相平衡等物理力学过程与电化学反应巧妙结合,建立相变迁移驱动的海水直接电解制氢理论模型,揭示了微米级气隙通路下界面压力差对海水自发相变传质的影响机制,形成电化学反应协同海水迁移的动态自调节稳定电解制氢方法,破解了有害腐蚀性这一困扰海水电解制氢领域半个世纪的难题,目前已申请专利。

同时,该团队研制了全球首套400升/小时海水原位直接电解制氢技术与装备,在深圳湾海水中连续运行超3200小时,验证了这一技术的稳定性和规模化。同时,该技术可探索推广到多元化水资源(如河水、废水、盐湖等)原位直接制氢。论文作者表示,海水无淡化原位直接电解制氢技术未来有望与海上可再生能源相结合,构建无淡化、无额外催化剂工程、无海水输运、无污染处理的海水原位直接电解制氢工厂。

该论文评审专家认为,“很少有论文能够令人信服地从海水中实现规模化稳定制氢,但该论文的工作恰恰做到了这一点。他们完美地解决了有害腐蚀性这一长期困扰海水制氢领域的难题,将打开低成本燃料生产的大门,有望推动变革走向更可持续的世界。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-022-05379-5

编辑:敬之

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