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科技信息: 水力劈裂技术的发展为可负担得起的可再生能源带来了希望

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一个将水分解成各部分的突破可以帮助可再生能源获得回报,即使太阳不发光,风也不吹。

利用太阳能和风能进行水的分解,这是一种利用电将H2O分解成氢和氧的过程,提供了一种以氢燃料形式储存能量的方法。

目前,最流行的水裂解系统,或水电解,依赖于贵金属作为催化剂,但一个合作的研究团队,包括洛斯阿拉莫斯国家实验室和华盛顿州立大学的科学家,已经开发了一个使用较便宜和更丰富的材料的系统。 他们在3月9日发表在《自然能源》上的一篇论文中描述了这一进展。

目前的水电解系统使用的催化剂非常昂贵。 在我们的系统中,我们使用镍铁基催化剂,这是便宜得多,但性能是可比较的,”YuSeungKim,一个在洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究科学家和相应的作者在论文中说。

今天的大多数水分裂是使用一种称为质子交换膜水电解槽的设备进行的,该设备以较高的产率产生氢。 它价格昂贵,在非常酸性的条件下工作,需要贵金属催化剂,如铂和铱,以及耐腐蚀的金属板由钛制成。

研究小组通过在碱性或碱性条件下用阴离子交换膜电解槽分解水来解决这个问题。 这种类型的电解液不需要基于贵金属的催化剂.. 事实上,一个由WSU的机械和材料工程学院教授YueheLin领导的团队创造了一种基于镍和铁的催化剂,这些元素在环境中价格较低,含量更丰富..

林的团队与LosAlamos的Kim分享了他们的发展,后者的团队反过来开发了电极粘结剂,用于催化剂。 电极粘结剂是一种氢氧化物导电聚合物,能结合催化剂,为快速电化学反应提供高pH环境..

洛斯阿拉莫斯开发的电极粘结剂和WSU的催化剂的结合使制氢率提高到以前阴离子交换膜电解槽的近十倍,使其与更昂贵的质子交换膜电解槽相媲美..

根据美国能源部的数据,目前美国每年大约生产1000万公吨的氢气,主要是利用天然气进行天然气重整。 林说,由可再生能源发电的水分离过程产生的氢具有许多经济和环境效益。

“水的分解是一种清洁的技术,但你需要电来做,”林说,他也是论文的相应作者。 “现在我们有很多可再生能源、风能和太阳能,但这是间歇性的。 例如,在晚上,我们不能使用太阳能,但是如果在白天,我们可以使用额外的能量将它转化为其他东西,如氢,这是非常有希望的。”

预计到2023年全球制氢市场将达到$1991亿.. 氢能的潜在市场包括从大规模能源转换和电网管理到汽车燃料电池的一切。 林估计,美国大约有600个风电场可以直接连接水电解系统。

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