——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
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電解水技術(shù)依賴稀缺的純水資源,這限制了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。海水是儲(chǔ)量豐富的水資源,因而將海水作為電解制氫的原料替代純水,能夠拓寬電解水的水質(zhì)要求,從而解決電解水的水源問題。然而,海水體系中大量的氯離子會(huì)對(duì)陽極造成腐蝕,降低陽極及電解槽的使用壽命。以往研究表明,通過電極表面吸附氧陰離子如硫酸根、磷酸根、硝酸根等來排斥氯離子,可以提高陽極壽命,但無法滿足工業(yè)化需求。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能與儲(chǔ)能材料技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究員陸之毅與陳亮,基于前期關(guān)于海水電解制氫陽極穩(wěn)定性的研究成果,在海水電解制氫陽極穩(wěn)定性研究方面取得了進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了新型化學(xué)固定硫酸根的電極,在反應(yīng)過程中原位構(gòu)筑硫酸根斥氯層,實(shí)現(xiàn)了10000小時(shí)穩(wěn)定堿性海水電解制氫。催化劑在合成過程中摻雜原子級(jí)分散的鋇離子,在其反應(yīng)過程中生成硫酸鋇從而將硫酸根均勻固定在電極表面,并配合電極表面電性吸附的硫酸根,共同構(gòu)筑排氯層,從而提高了海水電解中陽極的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過優(yōu)化的NiFeBa層狀氫氧化物電極在1 M NaOH + 0.5 M NaCl + 0.05 M Na2SO4或1 M NaOH + 海水 + 0.05 M Na2SO4電解液中以400 mA cm-2的電流密度工作時(shí),均可以實(shí)現(xiàn)超過10000小時(shí)的穩(wěn)定性。理論模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在陽極表面原位形成的BaSO4配合電性吸附的硫酸根,可以降低陽極表面附近的游離Cl-濃度。進(jìn)一步,該研究對(duì)這一電極進(jìn)行尺寸放大,并在千瓦級(jí)海水電解制氫測試平臺(tái)中加以驗(yàn)證。
上述研究解決了堿性海水電解制氫技術(shù)中陽極壽命受限問題,為這一技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用提供了新的可能性。
相關(guān)研究成果以Stable Seawater Electrolysis over 10?000 Hours via Chemical Fixation of Sulfate on NiFeBa-LDH為題,發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、寧波市相關(guān)項(xiàng)目等的支持。
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